通电锈蚀钢筋砼梁结构性能退化的试验研究

通过采用外加恒电流快速锈蚀模拟方法,对锈蚀钢筋混凝土梁进行试验,研究了结构性能退化机理。由试验结果看出,随着顺筋裂缝宽度和锈蚀率的增大,钢筋与混凝土之间的粘结作用逐渐退化,梁的屈服荷载、极限荷载和延性都有所降低,而锈蚀钢筋的力学性能退化以及锈蚀钢筋与混凝土粘结性能退化,是导致钢筋混凝土锈蚀梁的结构性能退化的主要因素。     

高强钢筋高强混凝土预应力梁抗弯性能试验研究

通过对12根高强钢筋高强混凝土预应力梁的抗弯试验,观测试验梁的破坏现象和失效过程,研究混凝土强度等级、非预应力高强钢筋配筋率、预应力钢筋配筋率等因素对其抗弯性能的影响规律.试验结果表明,高强钢筋高强混凝土预应力适筋梁破坏过程包括开裂前阶段、带裂缝工作阶段和钢筋屈服后直至失效3个阶段,各阶段破坏模式与普通钢筋混凝土梁受弯破坏相似,均为延性破坏.混凝土强度等级以影响钢筋屈服后的抗弯性能为主,高强度等级混凝土试验梁的后期承载力下降较小.非预应力筋配筋率显著影响试验梁开裂后的抗弯性能,即相同变形时,配筋率越高承载力越高.相同张拉控制应力条件下,预应力筋配筋率越高开裂弯矩越大;相同弯矩作用下,预应力配筋率越高变形越小,其极限承载力也越高.     

缓粘结部分预应力混凝土梁等幅疲劳性能试验研究

自行研制配制出满足后张法有粘结预应力混凝土的缓凝砂浆.根据12根缓粘结部分预应力混凝土梁静载以及等幅疲劳荷载作用下的试验结果,得到了钢筋和混凝土的应变增量、梁的裂缝宽度和挠度随重复荷载循环次数的增加而增长的规律,及部分预应力混凝土梁的疲劳破坏始于非预应力钢筋的疲劳断裂的结论.缓粘结部分预应力混凝土梁与同条件下通过灌浆浇筑的部分预应力混凝土梁相比,疲劳寿命较高.建议了预应力损失的计算公式和部分预应力混凝土梁疲劳验算的计算公式,对试验梁进行了结构静力计算和疲劳验算,计算结果与试验结果吻合较好.     

持续荷载和氯离子侵蚀耦合作用后钢筋混凝土的粘结性能试验

针对沿海地区的钢筋混凝土结构在服役过程中所承受的持续荷载与氯离子侵蚀的耦合作用引起钢筋混凝土性能的劣化,会对钢筋混凝土间的粘结性能产生影响,设计制作了24根粘结区带裂缝的钢筋混凝土梁式试件,通过粘结性能试验,研究在持续荷载单独作用、氯离子侵蚀单独作用以及持续荷载与氯离子侵蚀耦合作用等3种工况下,持续120 d的钢筋混凝土粘结强度变化情况.试验结果表明:持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用显著降低了钢筋与混凝土的粘结强度,且持续荷载越大,粘结强度越低;在持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用下,试件粘结强度的损失要大于仅在单因素单独作用下粘结强度的损失.     

方钢管再生混凝土界面粘结性能试验

对8根钢管再生混凝土柱界面粘结性能进行研究,探讨再生骨料取代率及再生混凝土强度对钢管再生混凝土界面粘结性能的影响.结果表明:钢管再生混凝土荷载-滑移曲线大致经历无滑移阶段、应力上升段、应力下降段等3个阶段,不同再生骨料取代率的钢管再生混凝土荷载-滑移曲线具有类似的特征;再生骨料的取代率对钢管与再生混凝土界面粘结强度影响显著,再生骨料取代率越高,界面粘结强度越低;再生混凝土强度对钢管再生混凝土强度有一定影响,随着再生混凝土强度提升,粘结强度逐渐增加,但增幅逐渐降低.     

钢筋再生混凝土梁抗裂性能试验研究*

为了推广再生混凝土在我国土木领域的工程应用,用再生粗骨料全部替代天然粗骨料,设计制作了10根钢筋再生混凝土矩形截面试验梁(再生混凝土强度等级:RC20~RC30,配筋率:0.83%~1.29%),并对其受弯抗裂性能进行试验研究。通过试验系统地研究了钢筋再生混凝土梁的静力受荷破坏过程。结果显示,钢筋再生混凝土梁的受荷破坏过程可划分为线性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段,破坏形态均表现为延性破坏。同时分析再生混凝土强度等级、配筋率对试验梁开裂荷载与平均裂缝间距的影响。结果表明,依据GB 50010—2010《混凝土结构规范》计算的平均裂缝间距小于试验实测值,而开裂荷载计算值明显大于试验实测值。在试验结果的基础上,提出了钢筋再生混凝土受弯梁开裂荷载及平均裂缝间距的建议计算公式。     

锈蚀钢筋混凝土梁四点弯曲力学行为数值分析

为进一步研究锈蚀状态下钢筋混凝土梁弯曲试验下其力学行为等相关性能分析,本文基于已有的试验结果,构造与钢筋锈蚀率有关的钢筋—混凝土界面的粘结性能退化模型。并使用ANSYS有限元软件,进一步建立钢筋混凝土梁有限元模型。利用该模型,对锈蚀钢筋混凝土梁在外荷载作用下的力学行为进行数值模拟,并与试验结果进行对比。结果发现:数值模拟得到的锈蚀钢筋混凝土梁的荷载—挠度曲线与试验曲线吻合较好,证实了本文有限元模型分析锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究的可行性。论文最后还进一步分析了跨中混凝土与钢筋的应力分布、跨中混凝土与钢筋的应变分布、钢筋与混凝土之间的相对位移以及锈蚀钢筋混凝土梁破坏时的裂缝分布等,旨在更深入地研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土梁弯曲力学行为的影响,从而能更加具体深入地研究钢筋混凝土结构耐久性。     

活性粉末混凝土(RPC)预应力叠合梁受弯性能研究

为研究活性粉末混凝土(RPC)材料的结构性能,设计了三根活性粉末混凝土无粘结预应力叠合梁,对其受弯性能进行了研究,得到了关于截面应变分布、钢绞线应力增量、中点挠度等有效的试验数据以及试验梁的裂缝分布和破坏特征．试验结果表明,RPC叠合梁的截面应变符合平截面假定;裂缝分布仍然具有明显的纯无粘结预应力梁的裂缝分布特征;荷载-挠度曲线为两直线段形状,且有效预应力越大,试验梁延性越差,破坏时挠度越小,荷载-预应力增量曲线形状与荷载-挠度曲线形状相似,呈两直线段．文中还建立了试验梁的开裂弯矩和刚度计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好．     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的梁式试验

通过梁式试验法研究了锈蚀对配箍钢筋混凝土构件粘结性能的影响,探讨了试件表面锈胀裂缝宽度和钢筋锈蚀率对极限粘结强度及钢筋自由端滑移量的影响规律.试验研究表明,钢筋混凝土梁表面纵向锈胀裂缝产生与否及其宽度大小,并不是影响配箍构件粘结性能的本质因素,它与粘结强度或滑移性能的相关性均不显著.锈蚀率对粘结性能有着重要影响,极限粘结强度和粘结刚度均随锈蚀率增加先增大后减小,但锈蚀率在5%以内时不会低于未锈蚀钢筋水平;达极限粘结强度时,钢筋自由端滑移量随锈蚀量增加明显减小,当锈蚀率为4.6%时滑移量仅为未锈蚀梁的17.6%.     

不同配筋形式矩形截面钢筋混凝土梁的弯曲性能及损伤机制的试验研究

采用四种不同配筋率和两种不同配筋形式,进行了8根钢筋混凝土梁的四点弯曲试验,探究了不同配筋率和配筋形式下钢筋混凝土梁的弯曲性能及损伤机制.试验结果表明,钢筋与混凝土粘结面积更大的配筋形式可以增加试验梁的平均裂缝密度,降低裂缝宽度,让裂缝发展导致的刚度衰减更为均匀.相同配筋率条件下粘结面积更大的配筋形式可以大幅减小试验梁破坏时的跨中挠度,但对于较高配筋率的试验梁,过高的粘结应力可能产生脆性的斜截面破坏.随着配筋率的增长,梁抗弯极限荷载明显提高,剪跨区的斜裂缝发展逐渐占据主导.     

弯曲裂缝引起FRP混凝土界面剥离的数值分析

目的找出混凝土裂缝扩展对纤维增强材料FRP与混凝土界面粘结性能的影响规律.方法基于断裂力学理论,采用商业软件ANSYS中的界面单元模型(Cohesive Zone Model CZM),模拟素混凝土梁跨中I型裂缝扩展以及FRP与混凝土界面II型裂缝的扩展过程.结果随着混凝土裂缝的扩展,加固梁承载力出现两个峰值:第一个峰值出现在混凝土宏观裂缝扩展的起始点,此时FRP布的应力低于500 MPa,FRP与混凝土界面切应力在混凝土裂缝附近较大,其余部分切应力及界面滑移量基本为零,界面处于完全粘结状态.第二个峰值出现在FRP与混凝土界面发生剥离时刻,之后界面剥离从混凝土跨中裂缝位置向梁端部扩展,加固梁的承载力保持在第二个峰值上,FRP布应力达到1 480 MPa,界面粘结切应力及滑移量向FRP端部移动,跨中完全剥离的界面,切应力降为零,滑移量保持不变.结论计算得到的荷载随混凝土开裂的变化趋势及峰值荷载与试验值吻合较好,说明笔者提出的数值模拟方法能较准确地预测CFRP加固带缝混凝土梁的承载力.     

钢筋混凝土构件非线性有限单元法分析

本文选取了适于混凝土材料的非线性本构关系，考虑了钢筋与混凝土之间的粘结滑移及混凝土开裂后骨料的咬合力作用，编制了计算机程序。该程序可用于分析钢筋混凝土构件在多种荷载工况下，由加荷、开裂直到破坏的全过程分析。为节省计算时间，本文提出对三角形混凝土元隔单元进行强度判断的方法。程序中，还对钢筋与混凝土之间的粘结滑移关系及不同的裂缝模型对计算结果的影响进行了分析；应用该程序计算了三十一根试验梁，结果是比较满意的。     

基于粘结的型钢轻骨料混凝土梁有限元分析

为研究粘结滑移对型钢轻骨料混凝土梁受力性能的影响,对型钢轻骨料混凝土梁进行了非线性有限元模拟,并且和试验结果进行了比较。基于型钢和混凝土界面存在的粘结力,引入局部粘结滑移本构关系,对型钢应力分布、裂缝形态、荷载一挠度曲线进行了分析。分析中考虑了剪跨比、型钢放置情况等影响因素。分析结果表明：型钢轻骨料混凝土梁受力性能和型钢普通混凝土梁相似,随剪跨比增大,逐渐由斜剪破坏过渡到弯曲破坏。荷载一挠度曲线可明显地划分为三个阶段。考虑粘结的有限元分析结果和试验结果吻合较好,未考虑粘结的有限元计算承载力和刚度均比试验值大。     

钢筋混凝土结构锈胀开裂及裂缝扩展试验研究

采用加速腐蚀试验,系统地研究了钢筋直径、混凝土强度、腐蚀电流密度、保护层厚度、钢筋位置和类型等因素影响下钢筋混凝土锈胀开裂及裂缝扩展的规律.试验结果表明:腐蚀电流密度对锈胀开裂时间的影响最为显著,其他依次为钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度;锈胀裂缝随时间增长呈线性增大趋势;各种因素对锈胀裂缝扩展的影响程度依次为腐蚀电流密度、保护层厚度、混凝土强度和钢筋直径;腐蚀电流密度越大、保护层厚度越小,锈胀裂缝扩展越快;混凝土强度等级越高、钢筋直径越小,锈胀裂缝扩展越缓慢.对比分析发现,钢筋位于上部和相同腐蚀电流下采用变形钢筋时,锈胀开裂晚且裂缝扩展更缓慢;钢筋位于角部时开裂早且裂缝扩展快.分析了各种因素影响机理并提出了提高耐久寿命的措施.     

临海滩涂环境下混凝土中氯离子侵蚀破坏试验研究

混凝土的材料组成、工作环境等因素对其耐久性有很大的影响。通过对不同配合比、不同保护层厚度长期暴露于临海滩涂环境的钢筋混凝土试件表面裂缝规律、钢筋锈蚀程度、力学性能等方面的试验研究,表明:直接暴露于临海环境中的钢筋锈蚀最为严重;钢筋锈蚀越明显,其强度下降趋势越显著,锈蚀率越大,延性越低;混凝土保护层的厚度、裂缝宽度跟钢筋锈蚀之间是相互影响的,保护层厚度越小,裂缝宽度越大,钢筋锈蚀率越高,当裂缝宽度为小于或等于0.2mm的细微裂缝时,钢筋锈蚀率≤2%,当裂缝宽度0.5 mm时,钢筋锈蚀率与裂缝之间可能存在线性正向关系。     

疲劳荷载下钢筋锈蚀混凝土构件粘结性能试验研究

为探索钢筋锈蚀混凝土构件的疲劳性能,对疲劳荷载作用下钢筋锈蚀混凝土构件的粘结滑移性能进行了试验研究,依据实验结果分析了钢筋锈蚀率对构件的粘结性能退化的影响规律.研究表明:疲劳荷载强度相同,极限粘结强度和滑移差值随着钢筋锈蚀率的增加,呈现出先升后降的趋势,即当钢筋锈蚀率小于2%时,其疲劳极限粘结强度上升;而当钢筋锈蚀率大于4%时,其疲劳极限粘结强度下降.根据试验结果拟合极限粘结强度的计算公式,计算结果与试验结果吻合得较好.     

小湾拱坝抗震钢筋粘结滑移试验研究

采用钢筋内贴电阻片的方法,对小湾拱坝抗震钢筋与混凝土间的粘结滑移关系进行循环荷载作用下拉拔试验研究,探讨了循环作用下钢筋与混凝土间的粘结性能与机理．试验结果表明：抗震钢筋宜采用具有明显屈服极限的软钢;加载端设置“无粘结段”,对于防止加载端劈裂裂缝十分有效;小湾拱坝抗震钢筋在循环荷载作用下表现出良好的粘结延性。     

三种预应力钢筋粘结性能试验研究

预应力钢筋与混凝土之间的粘结性能对预应力构件设计有很大影响,特别是对先张法构件的锚固长度及预应力传递长度的确定十分重要．对3种不同外形的预应力钢筋螺旋肋钢丝、异形钢棒、钢绞线的粘结性能进行了试验研究．通过典型的荷载一滑移曲线,对三者的粘结性能进行了比较,发现螺旋肋钢丝和异形钢棒的粘结性能比光圆钢棒好,钢筋表面形状与锚固长度等因素对粘结性能均有影响．最后分析发现螺旋状钢筋的粘结机理是界面混凝土的抗剪及摩擦作用．     

预应力FRP加固RC梁的受弯剥离承载力分析

基于纤维增强复合材料(FRP)与混凝土之间界面的粘结-滑移双线性模型,推导了预应力FRP片材加固受弯钢筋混凝土(RC)梁弯曲裂缝间界面的粘结剪应力,考虑了FRP预应力水平和裂缝间距对构件承载力的影响;以界面断裂能所对应的临界滑移量作为剥离判据,建立了界面起始剥离和剥离破坏的预测模型,并进行了实验验证.研究结果表明:利用该模型可以有效地预测受弯FRP片材加固RC梁的剥离状况及剥离破坏时的承载力;FRP的预应力水平越高或裂缝间距越小,加固梁的抗剥离承载力越大.     

无粘结部分预应力混凝土梁的极限强度裂缝和变形的试验研究

本文通过对18根配有非预应力钢筋的无粘结部分预应力混凝土梁的试验,研究了非预应力钢筋对梁的工作性能的影响.根据对梁的极限强度和挠曲性能的分析研究,提出了无粘结束极限应力、梁的裂缝宽度和挠度的计算公式.计算结果与试验结果吻合良好.