锈蚀钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力计算

侵蚀环境下混凝土结构中钢筋易于发生绣蚀,造成混凝土、钢筋等材料力学性能劣化、界面粘结性能退化以及构件截面几何尺寸变化,导致服役期混凝土结构承载能力下降,严重影响结构的安全使用。以锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面为研究对象,在分析锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪强度影响的基础上,提出了集中荷载作用下锈蚀钢筋混凝土梁抗剪强度的计算模型,应用拉压杆模型对锈蚀梁的受剪承载力进行了计算,并通过75根锈蚀梁的试验结果对建议计算模型进行验证。结果表明:锈蚀钢筋混凝土梁受剪承载力试验值与计算值之比的平均值为1.226,方差为0.028,试验值与理论值的相关性系数为0.968,建议模型抗剪强度预测值与试验结果吻合较好。     

考虑黏结性退化的锈蚀PC梁抗弯承载力计算方法∗

钢绞线锈蚀降低了其与混凝土间的黏结性，导致钢绞线与其周围混凝土间的变形不协调，影响预应力混凝土梁的抗弯性能。采用快速锈蚀试验得到了不同锈蚀程度的16个有箍筋和无箍筋拉拔试件，通过拉拔试验得到了试件开始滑移及破坏时的拉拔力；回归了黏结折减系数与锈蚀率之间的关系式，并将其融入到预应力混凝土梁的抗弯承载力分析模型中，提出了考虑黏结性退化的锈蚀预应力混凝土梁抗弯承载力计算方法。试验结果表明：有箍筋试件的黏结强度大于无箍筋试件；随着钢绞线锈蚀水平的增大，箍筋对黏结强度退化的约束作用逐渐减小；黏结折减系数随锈蚀率的增加呈指数函数规律递减。将理论值与本文及已有文献中锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验结果进行了比较，计算结果表明本方法预测精度较高，最大误差在6%以内，验证了本抗弯承载力计算方法的适用性，可为服役预应力混凝土桥梁抗弯承载力评估提供参考。     

疲劳荷载后锈胀RC梁抗弯刚度计算模型

腐蚀和疲劳作用影响钢筋混凝土梁的服役性能,降低结构的剩余使用寿命。为研究疲劳后锈蚀钢筋混凝土梁的刚度退化规律,采用电化学快速锈蚀试验得到了6根不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,研究了不同疲劳荷载次数后梁在分级荷载下的荷载—挠度关系、混凝土裂缝发展规律、失效模式,分析了锈蚀水平对钢筋混凝土梁疲劳寿命的影响。试验结果表明,钢筋混凝土梁的挠度发展分快速上升—稳定—失稳三个阶段,混凝土锈胀对梁疲劳寿命的影响较大。引入刚度修正系数,发展了疲劳荷载后锈胀钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法,该方法可考虑疲劳作用、锈胀、混凝土弹性模量退化等因素的影响,并通过本文试验及现有文献中的试验结果进行了验证,可用于日后老化钢筋混凝土桥梁在疲劳荷载作用下的挠度计算和寿命评估。     

锈蚀钢筋混凝土构件反复荷载下性能退化研究

为研究地震作用下钢筋锈蚀对试件性能退化影响的规律,对6个锈蚀钢筋混凝土受弯构件进行低周反复荷载试验,得到不同锈蚀程度试件的滞回曲线及骨架曲线,分析了钢筋锈蚀对试件强度和刚度的影响。试验发现,随着钢筋锈蚀程度的增大,各试件强度退化基本呈增大趋势;低锈蚀率试件由于锈胀内力的存在,强度退化相对比未锈蚀试件和高锈蚀试件大;随着锈蚀率的增大,试件加载和卸载刚度总体上逐渐减小,且随着位移的增大而持续减小。此外,还分析了锈蚀钢筋混凝土结构刚度退化机理。成果可供锈蚀钢筋混凝土结构抗震性能研究参考。     

温度对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为的影响

将粘贴碳纤维(CFRP)粘贴于混凝土表面来加固钢筋混凝土结构的方法,由于施工便捷而被广泛应用。但是粘贴CFRP所用的环氧类胶黏剂对温度过于敏感,明显影响加固效果。尤其是用CFRP加固的混凝土结构的耐火性能很差,限制了这一加固技术的推广。本文在先后2次对不同温度下CFRP-混凝土界面粘结滑移行为试验研究的基础上,结合目前已有的研究成果,对CFRP-混凝土界面粘结滑移行为受温度影响的特性进行评述,并从材性方面对温度对界面的粘结滑移行为的影响进行了机理分析,为分析常温下CFRP加固混凝土结构受力性能和高温(火灾)下防火保护的CFRP加固混凝土结构抗火性能提供了依据。     

钢筋与再生混凝土粘结性能及影响因素研究

研究并制作了一种进行钢筋与混凝土粘结滑移性能试验的新型梁式试件,该梁式试件具有同一试件分次完成左右两个不同钢筋锚固长度梁段的粘结滑移性能试验的特点。利用该装置完成了10个梁式试件、20个梁段的粘结滑移性能试验,分析了钢筋与再生混凝土之间粘结性能的影响因素,对实测粘结-滑移曲线进行了拟合,构造了本构模型。研究表明:再生骨料取代率、混凝土强度、钢筋外形、钢筋锚固长度、钢筋直径是影响试件粘结滑移性能的关键因素;与细骨料为天然砂、再生粗骨料的取代率为33%~66%的混凝土相比,钢筋与全再生粗细骨料混凝土的粘结强度明显降低;与光圆钢筋相比,变形钢筋与混凝土的粘结强度显著提高;钢筋与混凝土的粘结强度随钢筋锚固长度增大而减小;在相对锚固长度相等的条件下,钢筋直径越小,钢筋与混凝土的粘结强度越大。     

锈蚀钢筋与再生混凝土的黏结性能试验研究

为研究锈蚀钢筋-再生混凝土黏结滑移性能,进行了30个棱柱体试件拉拔试验研究。试验参数为混凝土水胶比、混凝土再生粗骨料取代率、钢筋锚固长度、钢筋锈蚀率。基于试验结果,分析了再生粗骨料取代率、锈蚀率、锚固长度及混凝土强度对黏结滑移的影响。研究表明:再生粗骨料取代率、混凝土强度、钢筋锚固长度及锈蚀率为影响试件黏结滑移性能的关键因素;锈蚀钢筋-再生混凝土黏结破坏分为三种形式,即钢筋达极限拉力的钢筋拉断破坏,钢筋拔出的黏结滑移破坏,钢筋拔出的混凝土劈裂破坏;锈蚀钢筋-再生混凝土的黏结滑移曲线与普通钢筋-再生混凝土黏结滑移曲线相似,但随锈蚀率的增加,试件黏结强度降低;锈蚀钢筋与再生混凝土黏结强度随锚固长度的增加而减小,而黏结强度提高比例随混凝土强度的增加而减小。     

无粘结部分预应力混凝土梁恢复力模型的研究

在已完成的16根无粘结部分预应力混凝土梁低周反复荷载试验的基础上,对不同配筋率的13根无粘结部分预应力混凝土梁进行了分析,建立了无粘结部分预应力混凝土梁的弯矩-曲率恢复力模型,根据得到的弯矩-曲率恢复力模型,采用虚梁法编程计算了无粘结部分预应力混凝土试验梁的弯矩-挠度滞回曲线,计算结果与试验结果吻合良好。恢复力模型的建立为无粘结部分预应力混凝土梁的抗震性能研究提供了理论依据,具有理论和工程实际意义。     

求取内嵌FRP加固混凝土梁界面滑移量的一种新方法

FRP筋与混凝土之间界面的粘结性能是FRP筋混凝土结构中最关键的力学特性,要准确预测FRP-混凝土的剥离破坏,必须确定合适的黏结滑移关系。为建立相对准确的界面粘结滑移模型,在提出内嵌CFRP筋加固混凝土梁界面特性研究新的试验方法的基础上,开展了11根混凝土梁的四点弯试验。借助岩石中树脂锚杆与锚固剂界面的剪应力模型,导出了CFRP筋横断面上轴向正应力沿CFRP筋锚固长度分布的解析式,进而得到CFRP筋锚固段的伸长量,结合试验获得的CFRP筋指定截面测定的滑移量、外露CFRP筋的伸长量,最后得到了CFRP筋与混凝土界面的滑移量,绘制了CFRP筋-混凝土界面的粘结-滑移曲线。试验和分析计算表明,新构建的CFRP筋与混凝土界面滑移量的求取方法,混凝土-CFRP筋界面的滑移量及粘结-滑移曲线准确简单,省去了在CFRP筋上密贴应变片的麻烦,排除了应变片对界面受力的干扰,对CFRP筋-混凝土界面的特性研究具有示范指导作用。     

钢纤维全再生粗骨料混凝土梁抗弯性能试验研究∗

混凝土梁良好的抗弯性能是影响建筑结构安全性的重要因素。为研究加入钢纤维的全再生粗骨料钢筋混凝土梁抗弯力学性能,设计了 4 根全再生粗骨料混凝土梁和 1 根天然粗骨料混凝土梁,主要设计参数为全再生粗骨料取代率,钢纤维体积分数,预损程度以及碳纤维布(CFRP)加固。通过单调加载试验对 5 根梁的破坏形态、荷载- 跨中挠度曲线、钢筋应变变化特征等抗弯性能进行了研究,采用 ABAQUS 有限元软件对各试件的加载过程进行了建模分析,基于现有规范和试验数据对各试件的峰值承载力计算方法进行了研究。研究结果表明,各试件梁均发生典型受弯破坏,掺加纤维后梁的受压区混凝土破碎脱落范围减小;全再生粗骨料混凝土梁的抗弯承载能力较普通混凝土梁降低约 6%,掺加钢纤维后梁的抗弯承载力较未掺加钢纤维的全再生粗骨料混凝土梁提高约 5%,钢纤维的掺入亦可改善混凝土梁的变形能力;采用碳纤维布直接加固后的梁承载力提高约 20%,先预损后进行碳纤维布加固后的梁承载力可提高约 14%,碳纤维布还可显著提高试验梁的整体刚度;ABAQUS 有限元软件分析结果与试验结果吻合较好,可较为准确地模拟梁的破坏形态和抗弯性能;现有规范公式及文中修正方法得到的抗弯承载力计算值与试验值相比误差较小,二者均可用于钢纤维全再生粗骨料混凝土梁的设计。     

FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为研究

通过FRP约束钢筋混凝土柱的单向和往复轴压试验,研究了外包FRP的断裂应变、刚度、以及加载方式对钢筋屈曲性能的影响。采用了两种不同的纤维材料:CFRP和PET FRP,二者具有不同的断裂应变(CFRP1.5%;PET FRP5%)。在试验分析的基础上,发展了考虑FRP侧向约束作用的弹性地基梁模型,该模型能够较好地分析FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为。基于弹性地基梁模型和试验数据,提出了考虑FRP侧向约束作用的钢筋屈曲经验模型。并将该模型通过二次开发的方法写入OpenSees数值分析平台,对FRP约束RC柱的往复轴压行为进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究成果可为精确分析FRP约束钢筋混凝土结构的抗震性能提供有力的工具。     

多国钢结构抗火规范关于受弯构件计算方法的比较与分析

为了研究受弯构件的抗火性能,及对国内外目前的受弯构件抗火设计方法有一个系统的了解,介绍了中国、美国、欧洲、英国和澳大利亚的钢结构抗火设计规范关于受弯构件的计算方法,并对它们的区别和联系进行了分析。设计了一个算例,分别采用不同的规范计算了其临界温度和耐火极限。经对比分析表明:各国规范的计算结果差别较大,相同条件下,澳大利亚规范计算得出的临界温度较低;无防火保护层时,英国规范计算得出的耐火极限较高,而有保护层时,美国规范计算得出的耐火极限较低。     

铝合金偏压构件高温下整体弯扭承载力研究∗

为研究铝合金偏压构件在高温下的整体弯扭稳定承载性能,完成了12根铝合金H型截面构件偏心受压稳定承载力试验,所有试件均发生弯扭失稳。采用ANSYS对试件进行数值模拟,有限元与试验结果在破坏形态和荷载-位移曲线上吻合良好。基于所建立的数值模型,对不同铝合金牌号、截面类型、截面规格和长细比的国产铝合金偏压构件进行了大规模参数分析,共得到532条相关曲线。根据试验和有限元结果,提出铝合金偏压构件高温下的弯扭稳定承载力计算公式,为铝合金偏压构件的抗火设计提供了依据。     

防屈曲支撑的有限元模拟及滞回性能分析

结合防屈曲支撑拟静力实验的研究成果,本文采用有限元软件ABAQU S对其进行了数值模拟分析。在模拟过程中,应用金属Com b ine本构模型设置内芯钢板材料属性。该模型是对传统双线性本构模型的改进,模拟结果很好地符合了实验结果,同时验证了防屈曲支撑具有良好的减震耗能性能,其在轴向加载达到7倍屈服位移时,依然能保持良好的滞回特性。通过对模型中橡胶无粘结层的合理设置,研究了内芯钢板在失稳变形中无摩擦滑移与能量缓冲转化的形变特点。分析表明,当外包约束强度和刚度足够时,内芯钢板在受轴向压力时只发生多波微幅弯曲失稳;随着内芯钢材与外包有效约束间隙的增大,支撑的失稳波幅也随之增大,支撑承载力与耗能能力显著降低。     

集中荷载下高强箍筋混凝土梁的抗剪性能

通过8根集中荷载下高强箍筋混凝土梁的受剪破坏试验，分析了500MPa箍筋混凝土构件斜截面的剪切承载力及使用阶段的斜裂缝宽度，同时对两组配有蒙皮钢筋的混凝土梁的受剪承载力及斜裂缝宽度进行了对比分析。试验结果表明，此类构件的受力性能与普通钢筋混凝土受剪构件相同，其斜截面受剪承载力仍可按现行《混凝土结构设计规范》有关公式进行计算，并且具有足够的安全储备。同时蒙皮钢筋的配置能够有效地限制裂缝的开展，改善受剪破坏的脆性性能。     

跨海大桥主墩桩基钢护筒腐蚀损伤识别

跨海大桥主墩桩基施工过程中采用的钢护筒被保留作为桩基的外层,容易受到海洋环境的腐蚀破坏。提出一种基于插值曲率模态指纹库比对的桩基损伤识别方法,为解决测试数据不完备的问题,采用三次样条函数几何插值得到扩展后的桩基振型,然后在扩展振型的基础上采用中心差分计算得到曲率模态指标。以金塘大桥为工程背景,建立索塔-基础多尺度有限元模型,考虑海水腐蚀造成桩基钢护筒局部损失情况,以损失减薄区域的位置、轴向长度、深度为损伤参数,设置多种损伤工况样本,计算并建立基于插值曲率模态的桩基损伤识别指纹库,最后通过指纹库以外损伤工况与库内样本比对的方式,验证损伤识别效果。研究表明,为保证三次样条函数几何插值得到扩展振型对真实振型的拟合精度,至少需要沿桩基均布6个位移插值点。通过指纹库比对,能够准确识别桩基钢护筒减薄区域的位置与轴向长度。     

异形柱组合框架结构力学性能有限元对比分析

对钢筋混凝土异形柱承载力低、轴压比限值低、节点薄弱和抗震性能不理想等特点,将异形柱分别与型钢混凝土结构和钢管混凝土结构相结合,基于OpenSees建立三层两跨平面实腹式异形柱中框架模型,进行静力推覆分析和滞回性能分析,通过改变轴压比参数,获得结构滞回曲线和骨架曲线,进一步分析其承载力、延性和耗能等相关力学特性。研究结果表明:同钢筋混凝土异形柱框架相比,型钢混凝土异形柱框架和钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均有提高;随着轴压比增大,两种异形柱框架的弹性刚度基本不变,但荷载一顶点位移曲线下降段越陡而导致延性降低;同样配筋率下,钢管混凝土异形柱框架的承载力和延性均高于型钢混凝土异形柱框架,并且可以提高施工速度;相关研究成果可为科研和工程设计提供研究参考。