玄武岩纤维复材筋钢纤维再生混凝土梁受弯试验及抗弯承载力计算

通过对7根玄武岩纤维复材(BFRP)筋钢纤维再生混凝土梁的受弯试验,研究不同钢纤维体积掺量和BFRP筋配筋率对其受弯性能的影响。结果表明:钢纤维体积掺量和配筋率均对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的抗弯承载力有一定程度的影响。相较于未掺钢纤维的BFRP筋再生混凝土梁,钢纤维体积掺量为1.0%的试验梁的初裂荷载和极限荷载分别提高了32.8%和18.2%。随着BFRP筋配筋率的增加,BFRP筋再生混凝土梁抗弯承载力显著增加。还在试验基础上结合相关现行技术标准,对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的受弯承载力、挠度、裂缝宽度进行分析计算,并对计算值与试验结果进行对比分析。     

GFRP筋钢纤维高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

完成了9根配GFRP筋和1根配钢筋的高强轻骨料混凝土梁受弯性能试验,观察其破坏过程与破坏形态,分析了纤维掺量、纵筋类型、配筋率及纵筋直径等参数对试件承载能力、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响,采用美国ACI 440.1R-15、中国GB 50608—2010和加拿大CSA S806-12、ISIS-M03-07等规范中的建议模型,通过开裂弯矩、承载力、挠度和裂缝宽度等参数评估了各国规范对该类构件的适用性。结果表明：随配筋率的增大,试件破坏模式依次表现为受拉破坏、平衡破坏和受压破坏,受压区破坏面贯穿骨料内部,较为光滑;掺入钢纤维能够有效抑制混凝土裂缝开展,延缓构件刚度退化,使开裂弯矩平均提高51.71%,承载力平均提高22.10%;增大GFRP筋配筋率能够提高构件刚度,但GFRP筋直径变化对试件变形及裂缝宽度无显著影响;GFRP筋梁开裂后刚度退化较配钢筋的对比试件迅速。各国规范计算结果表明：受拉破坏试件承载力计算结果较离散,且均偏于不安全;对于平衡破坏和受压破坏的试件预测结果均偏于保守,有足够安全储备。考虑轻骨料和钢纤维对构件刚度退化规律的影响,修正有效惯性矩并给出建议挠度计算模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

长期持荷后玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁在重复荷载下的变形性能

为了研究经历长期持荷后的玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋钢纤维高强混凝土梁在重复荷载作用下的变形性能,进行了7根BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的受弯试验,分析BFRP筋配筋率、钢纤维体积率以及加载水平等因素对梁的变形性能的影响。结果表明:经过10次卸载、加载循环后,受力BFRP筋与混凝土之间的黏结性能没有发生退化;荷载水平、钢纤维掺量及BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁的加载-卸载挠度曲线及挠度恢复能力有不同程度的影响;BFRP筋钢纤维高强混凝土梁具有较高的变形恢复能力和良好的抗重复荷载性能。     

BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁受弯性能研究

以不同钢纤维掺入率（0、0.5%、1%、1.5%）、受压区钢纤维混凝土不同厚度为试验变量,设计了7根玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）部分增强钢纤维混凝土梁进行受弯性能试验,研究不同钢纤维体积率以及钢纤维在混凝土中的不同厚度对BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁受弯性能的提升效果。试验结果表明：在受压区掺入钢纤维,其极限承载力约可提高8%～35%,开裂荷载约可提高10%～30%,跨中挠度约可减小25%;同一钢纤维体积率下,部分截面掺加钢纤维的混凝土梁的极限承载力与全截面掺加钢纤维的混凝土梁的极限承载力相近。仅在梁受压区掺入钢纤维,可高效利用BFRP筋与钢纤维的增强增韧作用,进而提高梁的受弯性能。基于修正的钢纤维混凝土受压应力-应变模型和结构设计原理,建立了BFRP筋部分增强钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力研究

钢纤维高强混凝土作为一种新型材料,综合了钢纤维混凝土和高强混凝土优点,相比于普通混凝土,具有更好的刚度、延性、抗裂度、耐久性等性能。选取22根钢筋钢纤维高强混凝土试件梁及3根钢筋高强混凝土对比梁受弯承载力进行研究,对其开裂弯矩和极限弯矩进行计算,将计算值与试验值进行对比分析,对计算公式进行优化并提出新的计算方法。结果表明,运用新方法计算出的结果,开裂弯矩和极限弯矩的试验值理论值之比的平均值均为1. 00,标准差分别为0. 13和0. 05,整体吻合较好。对于钢筋钢纤维高强混凝土梁受弯承载力的计算,提出新的计算方法具有较高的精度和稳定性。     

BFRP筋钢纤维部分增强再生混凝土梁抗弯性能研究

设计了7根BFRP筋钢纤维再生混凝土梁,研究了钢纤维体积掺量(vsf)和钢纤维混凝土层厚度(hsf)对试验梁抗弯性能的影响,分析了各试验梁受弯破坏模式、承载力变化、裂缝发展及挠度变形。试验结果表明:钢纤维体积掺量和钢纤维混凝土层厚度均对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁受弯承载力具有一定的影响。随着钢纤维体积掺量的提高,BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的开裂荷载和极限荷载均有一定程度的增加,但并非线性增长。同时,发现在混凝土受拉区掺入钢纤维可有效降低BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的挠度,抑制裂缝的发展;且随着钢纤维再生混凝土层厚度的增加,试验梁的极限承载力逐渐增加,当刚纤维掺量为1%,截面高度为全截面高度的0.6倍时,梁受弯承载力为全截面钢纤维再生混凝土梁的91.5%。     

高强钢筋聚丙烯纤维混凝土梁受弯性能试验研究

为研究高强钢筋聚丙烯纤维混凝土梁在集中荷载作用下的受弯性能,对6根掺量不同的聚丙烯纤维矩形截面梁进行了试验研究,对比分析了高强钢筋聚丙烯纤维混凝土梁的受弯承载力、正常使用阶段的裂缝宽度及变形.结果表明,高强钢筋聚丙烯纤维混凝土梁受力性能和普通钢筋混凝土梁相同;高强钢筋聚丙烯纤维混凝土梁的受弯承载力、挠度及裂缝宽度均可以按照现行GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》中相关公式计算.     

玄武岩纤维筋海砂混凝土梁受弯性能试验研究

用玄武岩纤维(BFRP)筋替代钢筋作为未经淡化处理的海砂混凝土结构的受力筋材,进行了2种强度和4种配筋率的BFRP筋海砂混凝土梁的实验研究,包括海砂混凝土材料的抗压性能、海砂混凝土梁构件的受弯性能,对梁的开裂荷载、极限承载力、裂缝宽度、破坏形态、荷载-挠度曲线等进行了分析,探讨了混凝土强度和配筋率对梁承载力的影响,并给出设计建议。     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

高强钢筋混凝土梁短期裂缝计算方法评析

收集和整理近年来国内完成的114根配置400MPa或500MPa级热轧带肋钢筋混凝土梁受弯试验短期裂缝结果,对GB 50010-2002《混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行评估分析。分析结果表明：规范的短期裂缝计算方法仍可适用于配置高强带肋钢筋的混凝土受弯试件,但平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度试验值与按规范公式计算的结果相比总体上偏低,二者之比的均值分别为0.930、0.711和0.739,因此建议对部分参数进行修正。利用试验数据进行参数回归分析,得到裂缝间距和裂缝宽度计算模式的修正公式,修正后的计算值和试验值符合较好,但对配置多层钢筋的情况有待进一步研究。图6表7参14     

高强不锈钢钢筋混凝土梁短期受弯裂缝宽度和刚度计算方法研究

部分国产500 MPa不锈钢热轧带肋钢筋具有高延性、低弹性模量的特点,为研究配置此类不锈钢钢筋混凝土梁的短期裂缝与刚度特征,进行了6根配置不锈钢钢筋和2根配置普通钢筋的混凝土梁受弯性能试验,并分析不同混凝土强度和纵筋配筋率对短期裂缝和刚度的影响。试验结果表明：其他条件相同下,不锈钢钢筋梁与普通钢筋梁的裂缝形态基本相同,但不锈钢钢筋梁侧纵筋中心位置和梁底处的裂缝宽度均大于普通钢筋梁的;钢筋屈服前,不锈钢钢筋梁纯弯段的弯矩-平均曲率曲线呈双折线,但其开裂后刚度较普通试件的偏低,二者刚度之比平均为0.63;增加纵筋配筋率可减小裂缝宽度并提高受弯刚度。进一步收集相关文献中9根配置同类型国产不锈钢钢筋梁的试验数据,并对GB 50010—2010中短期裂缝与刚度计算公式的适用性进行评估。分析结果表明,按GB 50010—2010中的短期裂缝宽度公式计算得到的梁侧面纵筋位置处的平均裂缝宽度与最大裂缝宽度较试验值偏大,计算值与试验值之比平均分别为1.348和1.588;短期受弯刚度计算值较试验值偏小,二者之比平均为0.890,有必要对相关公式进行修正。建议将不锈钢钢筋梁的裂缝宽度控制位置调整至受拉边缘,且将裂缝宽度限值取为0.4 mm。通过统计分析,提出短期受弯裂缝宽度和刚度计算公式的修正建议。建议公式计算值与试验值吻合较好。     

Calculation methods of the crack width and deformation for concrete beams with high-strength steel bars

Three groups of concrete beams reinforced with high-strength steel bars were tested, and the crack width and deformation of the specimens were observed and studied. To facilitate the predictions, two simplified formulations according to a theory developed by the first author were proposed. The advantages of the formulations were verified by the test data and compared with several formulas in different codes.     

500级高强钢筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨

通过8根HRB500级高强钢筋混凝土梁以及2根普通钢筋混凝土梁的受弯试验,对比分析试验梁的裂缝分布、平均裂缝宽度及短期最大裂缝宽度的变化特性。结合已有试验结果,对56根500级钢筋混凝土梁的受弯开裂特性进行综合研究,结果表明:试验梁的平均裂缝间距与规范GB 50010—2002公式的计算值符合得较好,而短期最大裂缝宽度计算值则大于实测值,尤其是当钢筋应力超过300N/mm2的情况。鉴于此,在参照国外相关规范的基础上,对该类梁的裂缝宽度计算提出了两种修正建议:①适当调整短期最大裂缝宽度的保证率,取90%的保证率可使计算平均值降低10%左右;②调整裂缝截面处钢筋应力的计算值,具体有两种途径,一是取准永久荷载组合进行计算,二是将钢筋应力超过某一值后取为定值,若将该应力定值取为300N/mm2,裂缝宽度比值的均值为1.063,变异系数为0.176,计算效果非常理想。     

钢-纤维复合纵筋和玄武岩纤维复合纵筋混凝土梁受剪承载力试验研究

为了研究纵筋分别采用钢-纤维复合筋(SFCB)和玄武岩纤维复合筋(BFRP筋)的混凝土梁受剪性能,以普通钢筋混凝土梁作为对比,设计并开展了46根梁的受剪承载力试验,变化参数为剪跨比、纵筋配筋率和有无箍筋。试验结果表明：三种纵筋梁的受剪承载力均随着剪跨比的减小而增大;SFCB梁的受剪承载力随着纵筋配筋率的增大也增大。此外,提出广义销栓作用影响系数的概念,推导其计算式,用于评价复合纵筋和玄武岩纵筋对混凝土梁受剪承载力的贡献,并据此建立受剪承载力计算式。经与国内外共223组混凝土梁(纵筋为钢筋、BFRP筋和SFCB等)受剪试验数据对比,验证所提广义销栓作用受剪承载力计算式的正确性。在此基础上,采用与钢筋混凝土梁受剪承载力规范公式相近的安全度,建议了适用于纵筋为复合筋和玄武岩筋的混凝土梁受剪承载力设计公式。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁疲劳试验研究及刚度计算

通过1根钢筋高强混凝土梁和12根钢筋钢纤维高强混凝土梁的静载及等幅疲劳试验,分析静载和疲劳荷载作用下钢筋钢纤维高强混凝土梁挠度和刚度变化规律,以及疲劳应力比、钢纤维类型、钢纤维体积率、钢纤维掺入截面高度和混凝土强度等对钢筋钢纤维高强混凝土梁挠度的影响。结果表明：在钢筋高强混凝土梁中掺加钢纤维能有效限制梁刚度的退化,显著提高梁的抗弯刚度,减小梁的跨中挠度,使静载和疲劳荷载作用下梁的跨中挠度分别降低了19.0%~69.1%和15.0%~61.0%。在试验研究的基础上,通过理论分析修正了静载作用下钢纤维影响梁短期刚度的系数,提出了考虑疲劳次数和钢纤维含量特征值影响的钢筋高强混凝土梁疲劳刚度的计算方法,并将计算结果与试验结果进行了对比,两者符合较好。     

Experimental study on shearing capacity of concrete beams longitudinal reinforced with steel fiber composite bars and BFRP bars

为了研究纵筋分别采用钢-纤维复合筋（SFCB）和玄武岩纤维复合筋（BFRP筋）的混凝土梁受剪性能，以普通钢筋混凝土梁作为对比，设计并开展了46根梁的受剪承载力试验，变化参数为剪跨比、纵筋配筋率和有无箍筋。试验结果表明:三种纵筋梁的受剪承载力均随着剪跨比的减小而增大；SFCB梁的受剪承载力随着纵筋配筋率的增大也增大。此外，提出广义销栓作用影响系数的概念，推导其计算式，用于评价复合纵筋和玄武岩纵筋对混凝土梁受剪承载力的贡献，并据此建立受剪承载力计算式。经与国内外共223组混凝土梁(纵筋为钢筋、BFRP筋和SFCB等)受剪试验数据对比，验证所提广义销栓作用受剪承载力计算式的正确性。在此基础上，采用与钢筋混凝土梁受剪承载力规范公式相近的安全度，建议了适用于纵筋为复合筋和玄武岩筋的混凝土梁受剪承载力设计公式。     

钢纤维高强混凝土连梁抗剪试验研究

为了改善平行配置纵向受力钢筋和横向箍筋的高强混凝土连梁的抗剪性能,进行9根小跨高比钢纤维高强混凝土连梁(l/h≤2.5)和4根高强混凝土连梁的对比试验。考察了跨高比l/h、钢纤维体积掺率ρ_f、配箍率ρ_(sv)和加载方式对高强混凝土连梁的破坏形态和受剪承载力的影响。结果表明,以适量的钢纤维替代高强混凝土连梁中的部分箍筋,不仅可以提高连梁的受剪承载力,有效地防止混凝土保护层、斜裂缝面上和剪压区混凝土的酥裂和剥落,还能实现小跨高比高强混凝土连梁的破坏形态从脆性的剪切破坏到延性的弯曲破坏的转化。参照《纤维混凝土结构技术规程》CECS 38:2004中钢纤维混凝土箍筋梁受剪承载力的计算模式,给出低周反复荷载作用下(l/h≤2.5)和静载作用下的钢纤维混凝土连梁受剪承载力计算公式。     

HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱抗震性能研究

为研究HRB600级钢筋高强高性能混凝土柱的抗震性能，进行了6根大尺寸方形截面(600mm×600mm)混凝土柱在高轴压比条件下的低周反复荷载试验，包括2根HRB600级钢筋普通高强混凝土柱和4根HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱，对比分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化规律、延性和耗能能力。在试验基础上建立了HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的恢复力模型。研究结果表明：钢纤维可以减小高强混凝土柱的裂缝宽度，有效防止混凝土保护层脱落，减小柱的残余变形，提高柱的震后恢复性能；HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的变形能力良好，随着钢纤维掺量的增加，高强混凝土柱的位移延性系数逐渐增大；基于试验数据建立的HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱恢复力模型计算精度良好；该类型柱可较好地满足现行抗震设计规范要求，宜于推广应用。