内嵌FRP筋加固混凝土梁的抗剪性能研究

目的探究内嵌FRP筋加固混凝土梁的抗剪性能和剪切延性性能,建立加固梁的抗剪承载力计算公式,为加固梁抗剪加固的应用提供理论依据.方法对7根内嵌FRP筋加固混凝土梁和2根对比梁进行抗剪性能试验,分析其破坏模式;研究其荷载-挠度关系曲线、荷载-FRP筋、箍筋应变关系曲线,分析斜截面应力重分布现象以及剪切延性性能;基于拱形桁架模型,引入关键系数,建立加固梁的受剪承载力计算公式.结果加固梁的抗剪承载力提高了近30%;发生剪切破坏各加固梁的剪切延性系数与对比梁BS2剪切延性系数相比的平均比值为1.167,剪切延性有所改善;加固梁斜截面出现了2次应力重分布,分别是斜裂缝出现时和箍筋屈服时;将已有文献剪切破坏加固梁的抗剪承载力试验值与笔者建立的加固梁抗剪计算公式的计算值进行对比,吻合较好.结论内嵌FRP筋加固技术能够提高梁的整体刚度和抗剪承载力,有效地延缓斜裂缝的开展,减小斜裂缝的宽度,提高混凝土骨料间的咬合作用,从而改善加固构件的受力情况及变形能力.     

装配梁斜截面抗剪性能

为分析装配梁斜截面抗剪性能,对3根钢筋混凝土简支梁进行抗剪承载力试验,研究装配梁接口位置的不同,对斜截面抗剪承载能力、斜裂缝发展形态、剪压破坏过程、构件位移曲线的变化情况、纵筋与箍筋应变发展规律、极限承载力的抗剪特性以及新旧混凝土接口连接性能的影响,并与整体现浇梁的试验性能进行比较.结果表明:在加载过程中,装配梁接口区域内,裂缝延伸较快,截面刚度有所削弱,斜截面抗剪承载力特性和变形能力与整体现浇梁相似,开裂载荷和极限载荷与整浇对比梁基本相同.     

斜腹板钢箱组合梁负弯矩区非线性受力性能

通过模型试验研究了斜腹板钢箱组合连续梁中间支座处负弯矩区的非线性力学性能.测试了在不同荷载作用下沿纵向各部位的变形、不同截面的应变分布、混凝土板的裂缝分布、钢与混凝土之间的相对滑移以及整个结构的极限承载力等.试验表明,试件在加载初始阶段呈现线弹性,但由于混凝土裂缝较早出现,试件在大部分的加载过程中表现为非线性特征;此外,混凝土中钢筋配筋率对斜腹板钢箱组合梁受力的影响显著,配筋率较少时组合梁在混凝土开裂后刚度降低很快,并使得钢梁较早屈服,而配筋率适当的斜腹板钢箱组合梁表现出了较好的力学性能.试验结果与现行组合梁设计方法对比分析表明,规范规定采用简化折减刚度法计算斜腹板钢箱组合梁的整体变形是安全可行的,以混凝土裂缝宽度为0.2mm对应的承载能力作为斜腹板钢箱组合梁正常使用状态下的承载力具有较大的安全储备.     

闭合预应力钢丝绳加固RC梁抗剪性能试验研究

提出2种闭合预应力钢丝绳加固RC梁的预应力张拉及锚固方式。进行6个采用闭合预应力钢丝绳加固RC梁的抗剪性能试验,通过对试件破坏形态、荷载-挠度关系曲线、箍筋和钢丝绳应变等试验结果进行分析,研究钢丝绳配绳率、预应力水平和锚固方式等参数对加固梁受剪承载力和变形能力的影响。研究结果表明:提出的2种锚固方式均可有效实现对钢丝绳进行预应力张拉和锚固连接;闭合预应力钢丝绳加固可有效抑制RC梁斜裂缝的发展,改善加固梁破坏形态和变形性能;加固梁的受剪承载力随着配绳率和预应力水平的提高而提高,但预应力水平不宜过大。在试验结果基础上提出闭合预应力钢丝绳加固RC梁的受剪承载力计算模型,计算结果与试验结果吻合良好。     

无腹筋RUHTCC梁抗剪性能试验研究

为了探究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的抗剪性能,以配筋率和剪跨比为参数,对跨中荷载作用下的6根钢筋增强UHTCC(RUHTCC)梁和4根钢筋混凝土(RC)对比梁进行了受弯试验.对比研究了RUHTCC梁的抗剪性能,包括裂缝扩展形态、荷载-挠度曲线、剪切开裂荷载、极限剪切能力以及剪切强度等.试验结果表明,随着配筋率的增大和剪跨比的减小,RUHTCC梁的破坏模式由弯剪破坏转变为剪压破坏,极限剪切承载能力逐渐增大.RUHTCC梁的极限剪切能力约为RC梁的2倍,平均抗剪强度约为UHTCC抗拉强度的0.86倍;RUHTCC梁表现出稳态的多条细密斜裂缝扩展模式,在正常使用极限状态下,其最大裂缝宽度低于0.1 mm.基于RUHTCC梁良好的裂缝控制能力以及较高的富余剪切承载能力,不需设置最小配箍率.     

钢纤维全轻混凝土梁斜裂缝试验研究

为了进一步了解钢纤维全轻混凝土梁斜截面的受力性能及其斜裂缝宽度的发展规律,制作了18根试验梁,运用反位试验加载装置,采用两点对称集中加载的方法,研究了剪跨比λ、钢纤维掺量ρf和配箍率ρsv3个变量的变化对钢纤维全轻混凝土斜裂缝宽度的影响。结果表明:剪跨比过大或者过小对于斜裂缝的发展都是不利的;钢纤维掺量的增加可以有效抑制斜裂缝的发展,减小斜裂缝的宽度;箍筋在试验梁正常使用阶段几乎不起作用。最后通过对斜裂缝宽度的观测和分析,将斜裂缝宽度的计算值与试验值进行对比,提出了钢纤维全轻混凝土梁的最大斜裂缝的计算公式。     

锈蚀钢筋混凝土梁斜截面抗剪失效分析

为了研究锈蚀对钢筋混凝土构件抗剪性能的影响,设计并制作了7根配有箍筋和斜筋的钢筋混凝土矩形梁,其中1根为未锈蚀的对比梁,采用电化学快速锈蚀方法对其余6根钢筋混凝土梁进行加速锈蚀试验。开展相同剪跨比下钢筋混凝土梁的斜截面抗剪性能试验,讨论钢筋混凝土梁表面初始锈胀裂缝的分布特征,分析箍筋锈蚀、斜筋锈蚀和主筋锈蚀对钢筋混凝土梁斜裂缝的形成与发展、荷载-挠度曲线、剪压区混凝土压力传递过程以及钢筋的内力变化情况,研究不同锈蚀程度钢筋混凝土梁斜截面极限承载能力与失效特征。研究结果表明:弯剪斜裂缝的数量随着钢筋锈蚀水平的增长逐渐减少,斜裂缝的延伸长度变短,主拱传递压应力路径逐步由直线变为抛物线形;锈胀引起的剪压区混凝土截面损伤对钢筋混凝土构件的抗剪强度有很大影响;箍筋锈蚀和斜筋锈蚀对斜裂缝的发展影响较大,而对钢筋混凝土梁的破坏形态影响相对较小,但其截面面积的减小会导致箍筋和斜筋过早的发生断裂,进而降低钢筋混凝土梁的斜截面抗剪强度;随着主筋锈蚀程度的增长,临界斜裂缝的倾角变大,并且与仅箍筋锈蚀梁相比,其倾角增幅更为显著。该研究可为钢筋混凝土梁的抗剪强度预测模型的建立以及有限元分析提供试验基础。     

钢筋混凝土梁抗剪的一种机理

对简支梁试件进行了对称两点加载试验．试件中箍筋的高度仅为梁截面高度的一半并仅在梁的上半部配置．在距每个支座１５倍梁有效截面高度的范围内则未配任何箍筋．因此，这些试件根据通常标准是未配抗剪钢筋的．然而，试验结果表明，这些试件的抗剪强度却平均是相应无箍筋梁抗剪强度的１６倍，某些梁甚至达到了其弯曲破坏极限荷载．这说明沿压力路径对砼进行约束能显著地提高梁的抗剪强度     

由覆盖性测试应变识别简支梁破损

梁在破损处的应变突变明显，其它处甚至紧邻破损处的应变没有明显变化，由应变振型识别梁的破损，测试应变应沿长度覆盖整个梁，采用大标距应变片或应变测试辅助装置进行覆盖性测试是可行的，测量结果是标距范围内应变的平均．采用奇异值分解方法处理测试应变数据，可将微弱突变信号分离出来．     

冲击荷载作用下钢纤维混凝土配筋梁性能试验

为探讨冲击荷载作用下掺有端钩型钢纤维的配筋混凝土梁的抗冲击性能,对6根简支的有不同钢纤维体积掺量和不同配箍率的试件进行了落锤冲击试验,冲击点为跨中.分析了不同钢纤维体积掺量和不同配箍率对钢筋混凝土梁的抗冲击能力的影响,并采用高速摄像机记录了各试件的开裂形态.详细分析了试件的开裂形态、跨中位移时程曲线、试件中纵筋和箍筋应变时程曲线的特征.结果表明:在相同冲击荷载作用下,配箍率较高的试件中钢筋发生屈服乃至失效的几率相对较小,随着配箍率的增加,试件承受冲击荷载时产生的最大裂缝宽度减小;在冲击荷载作用下,提高钢纤维体积掺量对构件混凝土基体强度的影响相对不大,但对于试件刚度的影响较为明显;同时,钢纤维含量的增加,会减少梁中箍筋的应变,使得钢筋混凝土梁中钢筋发挥更好的作用;钢纤维体积掺量的增加,可以明显减少试件在冲击荷载作用下裂纹的发生与开展,并改变梁本身的开裂形态,使得裂缝发生的区域相对集中,形成主要集中在试件跨中的竖直裂纹,而支座附近裂纹相对减少.     

高温后高强混凝土剪切裂缝与拉剪箍筋销栓作用

为研究高温后高强混凝土的剪切裂缝和拉剪箍筋销栓作用,浇筑了两种强度高强混凝土Z形试件.分别对试件进行了200,400,800°C的高温试验,通过高温后试件的直剪试验,研究了温度和混凝土强度对剪切裂缝的影响.基于弹性地基梁理论建立了箍筋销栓作用模型,结合实测的剪切裂缝宽度和裂缝滑移,计算得到高温后高强混凝土与箍筋之间的销栓剪应力.研究结果表明:除200°C以外,高强混凝土的裂缝峰值位移(裂缝峰值宽度和裂缝峰值滑移)随温度的升高而增大;无论经历多高的温度,混凝土的强度越高,裂缝峰值位移越小;箍筋的销栓剪切应力与裂缝滑移呈线性关系,销栓剪切刚度随温度的升高而降低,随混凝土强度的增大而增大;销栓剪切应力随温度的升高而增大,随混凝土强度增大而减小.     

配箍率对不同剪跨比RPC梁受剪性能的影响分析

为了探究不同剪跨比下配箍率对高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)简支梁受剪性能的影响,对两组剪跨比(2.25,3.0)共6根不同配箍率的HRB500级钢筋RPC梁进行受剪性能试验.验证试验梁截面应变平截面假定,分析斜裂缝形态、开裂荷载与配箍率及剪跨比的关系,并提出基于修正压力场理论的HRB500级钢纤维RPC梁抗剪承载力的计算程序.研究表明:两组不同剪跨比下的试验梁在加载初始阶段均符合平截面假定,但达到40.4%极限荷载后,这种假定将不再满足;高强钢筋RPC梁的斜裂缝形态主要以腹剪型斜裂缝为主,其产生与配箍率及剪跨比相关,配箍率和剪跨比越大越不易产生主斜裂缝,但剪跨比的影响明显大于配箍率;基于修正压力场理论的计算程序比较适用于钢纤维高强钢筋RPC梁抗剪承载力的计算,其计算值与试验值吻合良好.     

再生混凝土与普通混凝土叠合梁抗剪性能

通过不同结合面位置的7根"上再生下普通"的叠合梁对比试验,探讨和研究不同结合面位置对混凝土叠合梁斜截面受力和变形性能的影响.试验结果表明:随着结合面位置向受压区的靠近,结合面上水平裂缝愈趋明显;叠合梁极限承载力在一定"叠合系数"范围内略有增加,但不同结合面位置下叠合梁斜裂缝的开展情况和变形基本类似;破坏仍以剪压区混凝土被压碎和与斜裂缝相交的箍筋屈服而结束,并没有发现叠合梁从结合面被完全剪坏的现象.     

弯剪共同作用下活性粉末混凝土梁截面分析程序探讨

为了研究配箍率对高强箍筋活性粉末混凝土(RPC)梁抗剪性能的影响,开展6根配置HRB400级箍筋RPC梁的抗剪试验。考虑RPC的材料特征参数与钢纤维对斜截面承载力的影响,分析有腹筋与无腹筋梁在剪力传递机理及裂缝控制方面的差异。基于修正压力场理论,对开裂后的混凝土在拉、压应力下的本构关系及裂缝处的应力平衡条件进行适当修正;将弯矩效应叠加至纯剪作用下的截面分析中建立RPC梁在弯剪复合作用下的分析模型,并采用MATLAB软件编制RPC梁斜截面抗剪强度分析计算程序;对RPC简支梁的试验结果与计算结果进行对比分析。研究结果表明该计算程序能够较好地预测高强钢筋RPC梁的受剪承载力,具有一定的参考和实用价值。     

钢管高强灌浆料翼缘-波纹腹板曲梁抗剪性能分析

为研究新型钢管高强灌浆料翼缘-波纹腹板曲梁的受剪性能，设计制作了4个缩尺试件开展新型梁的受剪性能试验。4个试件包括1个直梁和3个曲梁。试验得到了试件的失效模式、极限载荷、荷载-应变曲线和荷载-位移曲线。结果表明：在剪切荷载作用下，曲率较小的曲梁和直梁的波纹腹板失效模式基本相同；波纹腹板的稠密程度影响曲梁的失效模式。为了进一步研究新型曲梁的受剪性能，建立了有限元分析模型。基于试验测试结果，校验了有限元模型在分析试件失效过程的有效性。利用校验后的有限元模型，研究了波纹腹板厚度、曲率、波纹子平板宽度、波纹倾角、波纹深度及腹板约束条件对新型曲梁抗剪性能的影响。结果表明：曲率对新型曲梁波纹腹板抗剪屈曲性能影响较小，腹板高厚比对新型曲梁腹板的屈曲模式和受剪承载力影响较大。新型曲梁钢管高强灌浆料翼缘对腹板有较强约束并承担部分剪力。     

预应力混凝土简支箱梁裂缝损伤参数影响分析

针对开裂损伤后的在役预应力混凝土简支箱梁桥,将承弯段受拉裂缝和剪弯段斜裂缝作为主要特征裂缝,建立基于主要裂缝统计特征参数的开裂预应力混凝土箱梁损伤计算模型;将受弯裂缝总宽度、斜裂缝数量和斜裂缝高度作为3个敏感变量,分别进行参数影响分析,以确定其对结构控制截面变形和应力的影响。研究结果表明:承弯区受弯裂缝总宽度对结构的内力和变形影响较大,造成结构抗弯刚度明显减小,变形增大,压区应力增加;斜裂缝数量对结构内力和变形有一定影响,但影响程度明显小于承弯段受弯裂缝;斜裂缝高度对结构的内力和变形影响均较小。因此,在结构设计中,应特别注意受拉区混凝土压应力储备,防止拉区开裂造成的刚度退化。     

弯剪共同作用下的RPC梁截面分析程序探讨

为了研究配箍率对高强箍筋活性粉末混凝土梁抗剪性能的影响,开展6根配置HRB400级箍筋RPC梁的抗剪试验,考虑RPC的材料特征参数与钢纤维对斜截面承载力的影响,分析有腹筋与无腹筋梁在剪力传递机理及裂缝控制方面的差异,基于修正压力场理论,对开裂混凝土在拉、压应力下的本构关系及裂缝处的应力平衡条件进行适当修正,将弯矩效应叠加至纯剪作用建立RPC梁在弯剪复合作用下的分析模型,并根据弯剪复合作用采用MATLAB软件编制RPC梁斜截面抗剪强度分析计算程序,对RPC简支梁进行受剪强度分析,并将试验结果与计算结果进行对比分析,研究结果表明该计算程序能够较好地预测高强钢筋RPC梁的受剪承载力,具有一定的参考和实用价值。     

复合板材双剪切试验方法与装置

针对复合板材在工程应用中的力学性能分析需求,为测量其平行于试件面板方向的剪切破坏荷载,以能够较准确表征复合板材双剪状态下的应力分布情况,研究了复合板材双剪切试验方法,设计了双剪切试验装置,并对不同芯材和不同厚度的结构保温板进行了双剪切试验,分析了其破坏形态和剪切力学性能。研究结果表明:各试件双剪切破坏面形态合理,应力-应变曲线数据稳定;EPS(聚苯乙烯泡沫)芯材试件抗剪破坏形式为脆性破坏,而岩棉芯材试件受剪开裂后,抗剪强度不会立即丧失,而是逐渐降低;随着试件芯材厚度的增加,EPS芯材试件应力峰值和应变随之减小,两者变化均为非线性,而岩棉芯材试件应力峰值随之减小,应变则无明显相关关系。该方法与装置为进一步研究复合板材的力学性能提供了试验方法。     

集中荷载作用下钢-玻璃纤维复合纵筋混凝土梁的受剪承载力

为研究钢-玻璃纤维复合筋(SGFCB)作为纵向受拉筋时混凝土梁的受剪性能,进行了集中荷载作用下SGFCB混凝土梁的受剪承载力试验.试验参数为纵筋种类、构件剪跨比和纵筋配筋率.分析总结了SGFCB混凝土梁受剪破坏形态、受剪承载力和斜裂缝宽度发展随上述试验参数的变化规律.试验结果表明:SGFCB试件梁的剪切破坏形态有斜压破坏、剪压破坏和非典型的剪压破坏3种,与钢筋混凝土梁的受剪破坏形态相似.剪跨比、配筋率和配箍率相同时,SGFCB混凝土梁受剪承载力和刚度均小于钢筋混凝土梁,斜裂缝最大宽度大于钢筋混凝土梁.在试验承载力结果基础上,拟合了SGFCB混凝土梁受剪承载力-剪跨比关系曲线.最后,提出了可用于设计的集中荷载作用下SGFCB混凝土梁受剪承载力计算公式,该公式具有较高的安全保证率.     

再生骨料混凝土梁抗剪性能试验研究

通过8根再生混凝土有腹筋梁和4根普通混凝土有腹筋梁的对比试验,研究了再生混凝土梁斜截面的破坏形态、斜向开裂荷载和抗剪承载力.结果表明:再生混凝土抗压强度、梁的剪跨比和配箍率等因素影响再生混凝土梁的抗剪性能,再生混凝土梁的斜向开裂荷载比普通混凝土梁低6%~20%;在配箍率相对较高的情况下,再生混凝土梁的抗剪承载力与普通混凝土梁相差不大;配箍率偏小时,抗剪承载力相差较大,幅度达23%;再生混凝土梁的抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小.根据试验结果,拟合出再生混凝土梁斜向开裂荷载以及抗剪承载力计算表达式.