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。     

不同再生骨料取代率的再生混凝土梁受弯性能试验研究

为了研究再生混凝土梁在不同再生粗骨料取代率和不同再生细骨料取代率下其正截面的受力特点和破坏特征,进行了不同再生粗骨料取代率和不同再生细骨料取代率的足尺钢筋混凝土简支梁正截面抗弯性能试验。试验共有7根配筋及构造相同的试件梁,其截面尺寸为300 mm×200 mm,净跨为3 000 mm;再生粗骨料取代率有0%,33%,66%,100%共4种,再生细骨料取代率有0%,50%,100%共3种。试验采用三分点单向重复加载方式,研究了不同再生粗、细骨料取代率对梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、挠度、截面应变、裂缝及损伤破坏过程的影响。试验结果表明:再生混凝土梁在正截面受力过程中,仍具有弹性、开裂、屈服和极限4个明显的过程;正截面平均应变服从平截面假定;再生混凝土梁损伤破坏过程与普通混凝土梁相似;相同混凝土和配筋条件下再生混凝土梁的极限承载力与普通混凝土梁接近;再生粗骨料取代率对梁受弯性能影响不明显,而再生细骨料取代率对梁裂缝分布和挠度有一定的影响。     

混凝土锈胀开裂的抑制措施

钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性最重要的因素。钢筋锈胀体积膨胀,对周围混凝土产生压力,继而导致保护层的受拉开裂,出现锈胀裂缝,这对结构整体的安全性和耐久性十分有害。研究混凝土锈胀裂缝的抑制措施,对提高结构的耐久性具有重要意义。从结构构造入手,以快速通电加速纵向钢筋锈蚀的方法,研究了混凝土保护层厚度和箍筋间距对混凝土构件锈胀开裂的影响;同时通过计算机仿真,对试验构件进行了数值试验。在此基础上,建立了构件表面应力与混凝土保护层厚度及箍筋间距的相关关系,得到了不同保护层厚和箍筋间距对试件表面锈胀裂缝的影响规律。     

氯盐环境下钢筋混凝土构件锈胀开裂风险概率分析

为了研究时间和空间等不确定因素下钢筋混凝土构件的锈胀开裂损伤,针对氯离子腐蚀环境,将钢筋锈蚀划分为2阶段3个特征时刻,分析了锈蚀初始时间、锈胀开裂时间以及锈胀开裂至界限宽度时间的概率特征,建立了钢筋混凝土构件生命周期内锈蚀损伤的风险概率模型,讨论了锈蚀损伤影响参数的敏感性。结果表明:钢筋锈蚀对其影响因素的敏感程度依次为混凝土保护层、临界氯离子浓度、扩散系数和混凝土表面氯离子浓度;钢筋混凝土构件从发生锈胀开裂到裂缝达到界限宽度的时间很短,界限宽度的取值对锈蚀损伤的影响并不显著。     

混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型试验研究

通过长达2年的干湿循环试验,得到了48个锈蚀钢筋混凝土试件;采用数理统计相关知识,对试件的锈蚀特征进行了分析,建立了与保护层厚度、表面裂缝宽度、钢筋直径、混凝土强度等级及箍筋间距相关的混凝土中钢筋锈蚀深度预测模型;对模型进行参数敏感性分析表明,表面锈胀裂缝宽度是影响钢筋锈蚀深度的最主要因素,而较小的箍筋间距对纵向钢筋锈蚀深度也具有较明显影响;经试验数据验证表明,该模型具有较好的适用性。     

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。     

钢筋中强再生混凝土足尺梁徐变性能试验研究

为研究钢筋中强再生混凝土梁在长期荷载下的徐变性能,通过对再生粗骨料取代率为0%,33%,66%,100%的7根再生钢筋混凝土梁进行长期变形试验研究,分析了再生骨料取代率以及持荷水平对再生混凝土梁徐变的影响。梁截面尺寸为200 mm×300 mm,长3 300 mm,净跨3 000 mm;再生混凝土设计强度等级为C35-C45;试验已进行了275 d。研究表明:再生粗骨料混凝土梁徐变略大于普通混凝土梁,跨中刚度未受明显影响;再生混凝土梁挠度增大系数建议在普通混凝土梁挠度增大系数的基础上乘以1.1的修正系数。     

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。     

基于瞬态分析法的预应力与非预应力钢筋混凝土梁动力响应对比分析*

提出了基于瞬态动力分析完全法的预应力钢筋混凝土梁爆炸冲击模拟方法，并采用已有试验结果验证了方法的合理性，进一步对比探讨了非预应力钢筋混凝土梁与预应力钢筋混凝土梁的动力响应差别和响应机制。研究结果表明：爆炸荷载作用下，钢筋混凝土梁的跨中底部位置最先发生塑性变形，混凝土容易受拉开裂，且爆炸荷载越大开裂越严重；由于预应力筋的存在，预应力钢筋混凝土梁跨中挠度显著减小，预应力钢筋混凝土梁开裂范围大幅减小，裂缝深度也显著降低，但是浅层裂缝的横向分布范围稍有增加；预应力改善了梁的受力状态，使得梁所受荷载均布转移，在爆炸冲击荷载作用下，大部分应力都由预应力筋来承担，非预应力钢筋的应力较小，预应力筋是提高结构抗爆性能的关键点；当脉冲荷载卸载至零后，梁跨中的挠度均能恢复至自重状态下的变形量，说明预应力钢筋混凝土梁在爆炸冲击荷载作用下，仍处于弹性工作状态，这与非预应力钢筋混凝土梁显著不同。模拟研究结果对预应力钢筋混凝土结构抵抗爆炸荷载领域的应用有一定的参考意义。     

钢筋混凝土梁裂缝宽度与裂缝深度的相关性试验研究

裂缝的出现极大地降低梁的使用寿命。裂缝宽度和裂缝深度作为裂缝的两个主要参数,目前对前者的研究相对成熟,而后者的研究甚少。通过对8根钢筋混凝土梁的静力加载试验,研究由荷载引起的结构裂缝宽度与深度的相关性发展形态,并考虑混凝土强度、保护层厚度和钢筋直径对裂缝特征的影响。结果表明:混凝土梁裂缝宽度的发展主要与钢筋配筋率有关;梁的开裂荷载与混凝土的劈裂抗拉强度有一定关系;裂缝宽度与深度的相关性大致呈三段式的发展,并拟合二者的曲线。     

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。     

植筋搭接混凝土柱偏心受压性能试验研究

对钢筋混凝土植筋搭接柱在静载作用下的偏心受压破坏进行了探索性的研究。通过试验,得到了试验柱的承载力与锚固长度、跨中弯矩与挠度、荷载与位于搭接段跨中截面受压区混凝土应变等关系曲线。试验结果认为,钢筋混凝土搭接柱在混凝土未被压坏的前提下,发生的钢筋锚固失效主要是锚固强度失效,并确认了植筋试件的薄弱面。另外,试件破坏时的粘结应力随锚固长度的增加逐渐减小。而对FISV360S植筋胶来说,锚固长度的增加能明显地提高试验梁的极限承载力。最后分别提出了临界锚固长度计算公式和试验柱极限承载力计算公式。     

依据材料与构件的受弯性能综合评价ECC的控裂性

为了研究国产的工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)和普通聚乙烯醇(Polyvi-nyl Alcohol,PVA)纤维混凝土对结构增韧和控裂的效果,分别采用材料试验和构件试验进行研究。通过四点弯曲试验,发现ECC的峰值荷载和峰值荷载对应的拉应变要远远大于普通混凝土、PVA纤维混凝土,而且ECC起裂以后,裂缝宽度较小,且发展较慢,控制较好;采用不同高度的ECC、PVA纤维混凝土作为钢筋混凝土梁底保护层,发现1/4h ECC对钢筋混凝土增韧的效果最好,且裂缝宽度为0.2mm时,1/4h ECC的承载能力比普通钢筋混凝土提高1.6倍,峰值荷载比普通钢筋混凝土提高约12%;同时发现,在相同荷载作用下,采用ECC作为梁底保护层时,裂缝宽度比钢筋混凝土小,且可以有效地控制裂缝宽度的快速增长,间接提高结构的耐久性。     

高强再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究高强再生混凝土梁正截面受力变形特点和破坏特征,进行了不同再生粗骨料取代率的高强再生钢筋混凝土简支梁抗弯性能试验。4个试件的截面及配筋相同,设计再生混凝土强度为C55。分析了各试件的破坏特征、承载力、延性、耗能等。研究表明:高强再生混凝土梁与高强普通混凝土梁一样,正截面受弯破坏都要经历弹性、开裂、屈服以及破坏4个阶段;正截面应变仍然服从平截面假定;相同条件下,高强再生混凝土梁的开裂弯矩和极限抗弯承载力较普通混凝土有所降低,但相差不大;抗弯刚度小于高强普通混凝土抗弯构件,但延性较好。最后,根据现行混凝土结构设计规范中普通混凝土梁的计算公式,验算了高强再生混凝土梁的极限承载力,其与高强普通混凝土梁的极限承载力差别不大。     

基于不同破坏准则的火灾下钢筋混凝土板可靠性评估∗

为探究火灾下钢筋混凝土板的可靠性,计算了基于不同破坏准则下的可靠指标并进行对比评估。提出了一种随机有限元模型,考虑了火灾荷载与混凝土板设计中的多种随机参数,对钢筋混凝土板火灾下的热力学反应开展概率分析。首先,利用 ABAQUS 有限元软件对混凝土板建立精细化模型,将数值模拟结果与火灾试验数据进行对比验证。接着,利用 abaqus@python 脚本,结合 LHS 法抽样处理随机参数并生成随机模型,循环运算得到随机钢筋温度曲线、背火面温度曲线与跨中挠度曲线。最后,基于 MATLAB 蒙特卡洛法计算得到失效概率与可靠指标。 结果表明：提出的随机有限元模型能有效评估火灾下钢筋混凝土板的可靠性;以挠度变形为依据的破坏准则高估了钢筋混凝土板的临界温度;正常设计的钢筋混凝土板耐火极限为 90 min 的可靠指标为 1.88,评估火灾下钢筋混凝土板可靠性时需要考虑火灾发生的频率。     

配置630MPa高强钢筋UHPC梁裂缝宽度试验研究∗

为研究配置 630 MPa 高强钢筋 UHPC 梁正常使用阶段裂缝宽度的计算方法，对 6 根配置 630 MPa 高强钢筋 UHPC 梁进行受弯性能试验，分析试验梁裂缝宽度、挠度及钢筋应力变化规律，建立高强钢筋 UHPC 梁裂缝宽度计算公式。研究结果表明：（1）受拉钢筋屈服前，裂缝宽度的扩展呈线性规律，裂缝数量不断增加；当裂缝宽度为 0.34 mm 时，受拉钢筋屈服，裂缝数量和间距趋于稳定，表现出较好的延性；（2）破坏时受拉钢筋均已屈服，混凝土达到极限压应变，高强钢筋与 UHPC 的配合使用可充分发挥两者优良的力学性能；（3）随着 UHPC 梁的配筋率增大， 试件承载力显著提高，正常使用阶段最大裂缝宽度减小，但延性降低，开裂荷载基本不变；（4）基于 40 组试验数据， 对 JGJ/T465—2019 规范的裂缝宽度计算公式中钢纤维对钢筋钢纤维混凝土构件裂缝宽度影响系数进行修正，建立适用于 UHPC 梁的裂缝宽度计算公式，修正公式计算值与试验值吻合良好。     

发电厂现浇钢筋混凝土框架梁裂缝的原因分析

针对现浇钢筋混凝土框架梁出现裂缝的问题,从设计、施工等诸多影响因素进行分析,找出裂缝原因,提出修补和控制措施。结果表明:(1)裂缝产生原因是钢筋混凝土框架梁支柱的刚度大,梁截面刚度相对较小,形成了强柱弱梁,因而在梁的应力复杂部位产生了收缩裂缝。(2)通过改善约束条件,优化混凝土配合比,加强混凝土振捣等方法,可避免钢筋混凝土框架梁出现裂缝。     

火灾后混合配筋混凝土梁抗弯试验研究

根据6根试验梁的耐火极限时间和火灾后试验梁的变化情况,选取未破坏的1根钢筋混凝土梁及2根混合配筋混凝土梁进行火灾后的静力加载试验,研究了火灾后钢筋混凝土梁和混合配筋混凝土梁的抗弯能力,讨论了钢筋-GFRP筋配筋比和荷载对混合配筋混凝土梁性能的影响,试验结果表明:1)火灾后混合配筋混凝土梁中GFRP筋的强度损失殆尽,钢筋的力学性能可以有一定程度的恢复,火灾后钢筋混凝土梁的力学性能恢复情况要优于混合配筋混凝土梁。2)纵筋中钢筋与GFRP筋的配筋比是影响混合配筋混凝土梁剩余承载能力的主要因素,钢筋与GFRP筋的配筋比越大,火灾后混合配筋混凝土梁的力学性能恢复越好。基于试验现象和理论分析,建议了火灾后混合配筋混凝土梁剩余抗弯能力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可以用于工程计算。     

震后火作用下钢筋混凝土框架基于火灾荷载密度的易损性分析

针对钢筋混凝土框架的地震易损性分析已经较为成熟,但其震后火次生灾害作用下的易损性分析还尚未深入。采用ABAQUS软件分别建立3层和9层的钢筋混凝土框架有限元模型,选取火灾荷载密度(fire load density, FLD)作为火灾强度指标,对历经地震后损伤的混凝土框架结构进行火灾易损性分析。结果表明：随着地震动强度和火灾荷载密度的增大,钢筋混凝土框架的失效概率呈非线性增长;在相同火灾荷载密度下,历经多遇、设防、罕遇地震损伤后,9层钢筋混凝土框架发生不同程度破坏的超越概率高于3层钢筋混凝土框架;相对于顶层和中层受火,混凝土框架底层受火时发生不同破坏的超越概率相对较大,发生火灾的楼层越高,结构发生不同破坏的超越概率相对越小,可为钢筋混凝土框架的性能化抗火设计与评估提供研究参考。     

钢管混凝土桥墩抗震性能试验研究

为研究钢管混凝土桥墩的抗震性能,对钢管混凝土桥墩和钢筋混凝土桥墩进行了拟静力对比试验研究。根据试件的破坏发展过程以及各试件的滞回曲线和骨架曲线,分析了其滞回性能、耗能能力、延性、强度退化及刚度退化等抗震性能。试验结果表明,钢管混凝土桥墩的抗震性能明显好于钢筋混凝土桥墩。在含钢率和轴力相同的情况下,钢管混凝土桥墩的滞回曲线比钢筋混凝土桥墩丰满得多,前者的耗能能力约为后者的4.46倍,钢管混凝土桥墩的延性大于钢筋混凝土桥墩;随着轴压比的增大,钢管混凝土桥墩延性有所下降,强度退化加快,但对其刚度退化的影响不大。