基于三维细观分析方法的CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切强度尺寸效应研究

以CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土悬臂梁为研究对象,从细观角度出发,考虑混凝土细观非均质性及CFRP-混凝土之间的相互作用,建立了单调加载下CFRP侧贴无腹筋钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。通过仅改变CFRP条带的厚度来改变CFRP的配纤率,进而以CFRP的配纤率为主导参数,并且在之前试验工作的基础上,扩展模拟了尺寸和配纤率对梁的剪切破坏机理和失效模式的影响,研究了外贴CFRP加固钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为。结果表明: CFRP侧贴加固无腹筋钢筋混凝土梁的名义剪切强度尺寸效应明显,CFRP布加固对小尺寸梁贡献最大,其有效性随着梁尺寸的增加而减小; 配纤率的增大提高了悬臂梁的名义抗剪强度,但同时也削弱了抗剪强度的尺寸效应; 当配纤率较大时,峰值剪切应力的增长趋势明显减缓,即层数过多时,加固效果不明显。     

BFRP筋及钢筋混凝土深梁剪切破坏尺寸效应对比分析

为探究BFRP筋和钢筋混凝土深梁剪切性能及尺寸效应之间的异同,借助三维细观数值方法,进行BFRP筋及钢筋混凝土深梁静态剪切破坏数值试验。结合现有试验,在验证该模拟方法合理性和准确性的基础上,分析截面高度、剪跨比和配筋类型(BFRP筋和钢筋)对深梁剪切破坏行为及相应尺寸效应规律的影响。另外,将模拟结果与各国规范及Jin等提出的尺寸效应律进行对比分析。研究表明：① BFRP筋混凝土深梁的剪切尺寸效应比钢筋混凝土深梁的更明显,即BFRP筋混凝土深梁的抗剪承载力及延性随梁尺寸增加的下降程度比钢筋混凝土深梁的更多;② 剪跨比对梁剪切强度有显著的影响,但其对梁剪切尺寸效应基本没有影响;③ 对于大尺寸梁的抗剪承载力,各国规范的计算结果安全储备不足,且各国关于FRP筋梁的规范缺少对剪跨比影响的考虑;④ Jin 等所提的尺寸效应律同样适用于BFRP筋和钢筋混凝土深梁。     

考虑配箍率影响的RC梁-柱节点抗剪强度尺寸效应律

由于经典的混凝土尺寸效应律难以准确描述破坏机制更为复杂的RC构件破坏的尺寸效应行为,且无法定量描述相关参数对RC构件尺寸效应的影响。为此,以核心区剪切破坏的RC梁-柱节点为研究对象,在已有试验研究的基础上,采用三维细观尺度数值模拟方法,对影响节点剪切破坏性能的配箍率进行分析,研究其对RC梁-柱节点核心区剪切破坏行为及抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明：箍筋一方面提高了梁-柱节点的名义抗剪强度,另一方面增强了节点的变形能力,减弱节点剪切破坏的脆性破坏程度,进而削弱节点抗剪强度的尺寸效应。结合配箍率的影响机制与规律,在无腹筋梁抗剪强度尺寸效应律的基础上,提出了能够定量考虑配箍率影响的用于梁-柱节点的尺寸效应半经验-半理论公式,模拟及试验结果证实了公式的合理性与准确性。     

再生混凝土无腹筋梁抗剪性能尺寸效应试验研究

开展了系列尺寸再生混凝土无腹筋梁抗剪性能试验研究,考察了在梁的剪跨比保持不变的条件下,梁的开裂荷载、剪应变、剪切裂缝强度、极限承载力和抗剪强度等参数随梁的尺寸改变而变化的规律,比较全面的研究了再生混凝土梁抗剪性能方面的尺寸效应规律。试验结果表明:再生混凝土无腹筋梁的剪切裂缝强度、最大剪应力和抗剪强度均存在着明显的尺寸效应。     

集中荷载下钢筋混凝土约束梁抗剪强度的试验研究

本文通过9根无腹筋钢混凝土约束梁、18根有腹筋钢筋混凝土约束梁和9根无腹筋钢筋混凝土简支梁的抗剪强度试验,研究了钢筋混凝土约束梁抗剪强度随剪跨比m、纵向配筋率p和配箍率μκ变化的规律。提出了适用于钢筋混凝土约束梁的抗剪强度计算公式。     

无腹筋混凝土短梁受剪承载力尺寸效应研究

《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中对于短梁受剪承载力的计算没有考虑梁高的影响,而现有研究表明无腹筋梁的抗剪承载力随梁有效高度的增加而降低。梁受剪尺寸效应的作用机制并没有统一的认识。为研究无腹筋梁的受剪尺寸效应及作用机制,设计了2组8根无腹筋梁,高度为200～1600mm,剪跨比为2.0。三点简支加载。获取了荷载 挠度曲线、纵筋应变、混凝土应变、裂缝宽度、裂缝张开 滑移位移。计算了临界斜裂缝上的应力。搜集并分析了已有的梁受剪尺寸效应试验数据。研究结果表明：无腹筋短梁抗剪承载力存在尺寸效应;骨料咬合机制对无腹筋短梁抗剪承载力贡献有限;受压区未开裂混凝土的强度具有明显的尺寸效应,进而引起了梁抗剪承载力的尺寸效应;我国规范中短梁和不配置抗剪钢筋的单向厚板的抗剪承载力计算公式基本合理,但对部分短梁和大尺寸梁的受剪承载力预测可能偏于不安全,建议在可靠度校准的基础上适当调整。     

火灾后钢筋混凝土梁抗剪承载力

研究火灾后钢筋混凝土梁抗剪承载力,建立了钢筋混凝土梁的非线性有限元模型,对其在火灾后的抗剪性能进行了数值模拟。有限元模型考虑了火灾作用后混凝土和钢筋的材料损伤,分析了火灾时间、剪跨比、混凝土强度、箍筋直径和箍筋间距对钢筋混凝土梁抗剪承载力和刚度的影响程度。结果表明,随着火灾时间的增加、剪跨比的增大或混凝土强度的下降,火灾后钢筋混凝土梁的抗剪承载力和刚度均明显下降。随着箍筋直径的下降或箍筋间距的增大,火灾后钢筋混凝土梁的抗剪承载力下降,而刚度变化较小。     

配筋率和纵筋强度对RPC无腹筋梁抗剪性能的影响

为研究配筋率及纵筋强度对RPC无腹筋梁抗剪性能的影响,制作了4根仅纵筋配置不同的试验梁,进行四分点加载试验。通过观察整个试验过程,以及对加载过程中挠度、纵筋应变等数据进行分析,得出纵筋配置对该试验梁抗剪承载力与剪切延性的影响规律。试验结果表明:在某一固定剪跨比下,RPC钢筋混凝土梁抗剪承载力随着配筋率的增加而增加,随着纵筋强度的降低略有降低。配筋率的提高不仅能提高纵筋与RPC的销栓作用,同时也能提高斜裂缝顶部混凝土受压区高度,而提高纵筋强度只能提高混凝土受压区高度,故提高配筋率比提高纵筋强度更能有效提高构件抗剪承载力。     

剪跨比对HRB500级纵筋RPC无腹筋梁抗剪性能的影响

为研究不同剪跨比对HRB500级钢筋活性粉末混凝土(RPC)无腹筋梁的抗剪性能的影响,制作了4根配制相同的试验梁,选取不同的位置对其进行加载试验。通过观察整个试验过程,以及对加载过程中挠度、纵筋应变、混凝土主应变和方向等数据进行分析,得出剪跨比对HRB500级钢筋RPC无腹筋梁抗剪承载力与剪切延性的影响规律。试验结果表明:剪跨比对梁的裂缝的倾角与开展有较大影响,对梁的破坏形态有一定影响,在一定范围内与抗剪承载力成负相关性。4根梁破坏时均表现出一点的脆性状态,但均好于普通钢筋混凝土梁,其中剪跨比适中的梁其延性性能相对更好,同时HRB500级纵筋与RPC共同抗剪工作的匹配性也较好。     

自密实混凝土无腹筋梁抗剪性能

为研究自密实混凝土无腹筋梁的抗剪性能和裂缝开展形态,进行了集中荷载作用下12根无腹筋钢筋混凝土简支梁(8根自密实混凝土和4根普通混凝土)的剪切破坏试验,变量为混凝土强度和剪跨比。探讨了《混凝土结构设计规范》(GB 50010―2010)、Zsutty拟合公式、美国规范(ACI318-11)抗剪承载力计算公式对自密实混凝土无腹筋梁抗剪承载力计算的适用性和准确性。收集了在集中荷载作用下的130根自密实混凝土和798根普通混凝土矩形截面无腹筋梁剪切破坏试验数据,将自密实混凝土和普通混凝土无腹筋梁抗剪承载力进行了对比。结果表明:自密实混凝土梁和普通混凝土梁的裂缝发展、破坏形态大致相同,自密实混凝土梁斜裂缝断面更为光滑;Zsutty拟合式计算结果与本文试验结果最接近;GB 50010—2010计算结果与本文试验结果也比较吻合,但偏于不安全;美国规范ACI 318-11计算公式偏差较大;自密实混凝土梁受剪承载力略低于普通混凝土梁。     

考虑混凝土贡献的修正变角桁架模型

为提高有腹筋RC（钢筋混凝土）浅梁抗剪承载力的预测准确性和稳定性,提出一种考虑混凝土贡献的修正变角桁架模型。首先,基于变角桁架模型得到箍筋的抗剪贡献值计算公式,并结合塑性下限定理确定斜裂缝倾角的取值|其次,通过混凝土浅梁受压区的劈裂破坏模式得到混凝土项的抗剪贡献值计算公式,并利用尺寸效应系数考虑了混凝土项的脆性破坏特征|最后,将箍筋项和混凝土项提供的抗剪承载力进行叠加,建立有腹筋RC浅梁抗剪承载力计算公式。基于有腹筋RC浅梁抗剪承载力试验数据库ACI-DAfStb对本文、GB50010、ACI及AASHTO规范中抗剪计算公式的预测准确性进行对比评估,结果表明：文中抗剪承载力公式不仅能够体现配筋率、剪跨比和混凝土强度等主要抗剪参数的影响规律,还能考虑尺寸效应和斜裂缝倾角对抗剪承载力的修正|同时,在抗剪承载力预测准确性和稳定性方面,相对规范方法有所较高。     

Effects of stirrup corrosion on shear behaviour of reinforced concrete beams

Corrosion of stirrups is always more severe than longitudinal steel bars, leading to possible shear failure instead of bending failure. This paper covers the authors’ investigation on the effects of stirrup corrosion on shear behaviour of reinforced concrete beams. Based on modified compression field theory, a method of the whole process analysis was developed showing shear behaviour of reinforced concrete beams with corroded stirrups. Of particular interest was the cracking damage of concrete cross sections, the loss of cross-sectional area and deterioration of mechanical properties of corroded stirrups. After comparing analytical results with available shear test results, further analysis was carried out to investigate the deterioration of shear behaviour and the effects of corrosion degree, concrete strength, stirrup ratio and shear-span ratio. Stirrup corrosion was found to have little impact on cracking load, but shear strength and ductility decreased with the increase in corrosion degree, and shear failure was determined possible for beams originally designed for bending failure. With the decrease of concrete strength or the increase of stirrup ratio and shear-span ratio, the contribution of corroded stirrups to the shear strength of beams increased, and the shear strength and ductility caused by stirrup corrosion decreased as expected.     

超高性能混凝土有腹筋梁受剪性能及受剪承载力研究

为了研究超高性能混凝土（UHPC）有腹筋梁的受剪性能,对7根UHPC梁进行了受剪性能试验,变化参数包括剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、钢纤维掺量等。试验结果表明：UHPC有腹筋梁的破坏形态有弯曲屈服后的剪切破坏和剪压破坏,破坏时梁表面呈现斜向多条裂缝形态;箍筋可以提高UHPC梁开裂后刚度,钢纤维和箍筋均可以提高UHPC梁的变形能力和受剪承载力,足够的箍筋和钢纤维共同作用可以进一步提高UHPC梁的延性;配箍率增加,梁腹部会出现较密的短斜裂缝。提出了UHPC有腹筋梁受剪承载力计算模型,其中包括剪压区混凝土、斜裂缝处钢纤维、箍筋及纵筋销栓作用对于梁受剪承载力的贡献,模型计算值与试验值吻合良好。     

矩形开孔钢筋混凝土伸臂梁受剪性能试验研究

为方便设备管线通过,采用腹部开孔梁可有效降低楼层高度,但开孔会削弱梁的整体刚度,导致孔洞附近的应力及内力重分布十分复杂。为研究腹部矩形开孔的钢筋混凝土伸臂梁的受力性能,以正反弯矩比、孔洞位置、剪跨比及孔侧斜筋作为主要变量,对12根钢筋混凝土开孔伸臂梁和1根钢筋混凝土实腹伸臂梁试件进行了两点加载下的受剪性能试验。研究了各种参数对开孔伸臂梁的裂缝开展及破坏形态、应变分布、变形和受剪承载力等受力性能的影响。试验结果表明：正反弯矩比和孔心剪跨比改变了伸臂梁在孔洞附近的受力状态,导致破坏时孔侧呈现出不同的裂缝形态。配置孔侧斜筋后,孔侧混凝土和箍筋更好地发挥协同抗剪作用,试件的受剪承载力显著提高,裂缝开展和变形均得到有效的控制。利用混凝土开孔简支梁发生孔侧剪压破坏的受剪承载力公式对开孔伸臂梁的受剪承载力进行计算,并和试验数据进行对比可知,按开孔简支梁的算式对开孔伸臂梁的受剪承载力进行计算,计算结果与试验结果的平均比值为0.96,方差为0.07,结果偏于安全。     

锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面抗剪性能研究

锈蚀钢筋混凝土构件抗剪性能是迫切需要研究的问题,本文通过18根锈蚀钢筋混凝土简支梁和3根无锈蚀的普通钢筋混凝土对比梁的斜截面抗剪试验研究及理论分析,研究了不同剪跨比下箍筋锈蚀程度对钢筋混凝土简支梁斜截面变形、裂缝形成和开展、承载能力、破坏机理等方面的影响。试验结果表明:箍筋锈蚀使箍筋对混凝土的约束降低,斜面裂缝发展较快,从而削弱了斜裂缝两侧骨料之间的咬合作用;剪压区箍筋锈蚀所产生的锈胀裂缝对试验构件抗剪强度的影响很大;剪跨比决定了试验构件的破坏形态,箍筋锈蚀对破坏形态影响较小;箍筋锈蚀对试验构件斜截面承载能力有较大影响。本文在试验研究基础上,运用根据极限平衡理论,建立了锈蚀钢筋混凝土简支梁斜截面承载力计算模型。     

无腹筋锈蚀钢筋混凝土梁承载能力的计算

锈蚀钢筋混凝土梁的承载力不仅与纵向钢筋的截面损失有关 ,而且和钢筋与混凝土之间的粘结强度的降低、混凝土保护层中出现的纵向锈胀裂缝有关。本文先考虑了由于钢筋的截面损失引起的钢筋混凝土梁的抗弯承载力的降低 ;再在梁 拱共同作用抵抗剪力的机制上 ,计算了无腹筋锈蚀钢筋混凝土梁的抗剪承载力 ,进而得到了无腹筋锈蚀钢筋混凝土梁的承载力及其相应的破坏模式。对一实例的计算结果表明 ,当混凝土保护层出现纵向锈胀裂缝后 ,钢筋与混凝土之间的极限粘结强度相应降低 ,梁的破坏模式由受弯破坏转向受剪破坏 ,承载能力有较大的降低。同时 ,锚固区的粘结强度的降低 ,导致梁也可能发生粘结锚固破坏。     

轻骨料混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

为研究骨料种类对无腹筋梁受剪性能的影响,以剪跨比和纵筋配筋率为变量,进行了16根集中荷载作用下的无腹筋混凝土简支梁受剪性能试验,其中8根采用普通碎石混凝土,8根梁采用页岩陶粒（轻骨料）混凝土,对轻骨料和普通混凝土梁的裂缝发展、破坏形态、斜向开裂荷载、受剪承载力、跨中挠度、裂缝面相对位移等进行了观察和测量。对比分析表明：轻骨料混凝土梁的斜向开裂荷载和受剪承载力均低于普通混凝土梁,其裂缝面较普通混凝土的更加光滑;将轻骨料混凝土梁受剪承载力试验值与采用我国JGJ 12-2006《轻骨料混凝土结构技术规程》和美国规范ACI 318-11、加拿大规范CSA 23.3-04、欧洲规范EC 2方法的计算值进行对比分析,结合此次试验结果和从国内外文献中搜集的126组已有试验数据,对我国JGJ 12-2006的受剪承载力公式的准确性和安全性进行探讨,提出了无腹筋轻骨料混凝土梁受剪承载力计算的建议公式。     

Strengthening of RC beams in shear using GFRP inclined strips – An experimental study

Though there have been a number of studies on shear strengthening of RC beams using externally bonded fiber reinforced polymer sheets, the behaviour of FRP strengthened beams in shear is not fully understood. This is partly due to various reinforcement configurations of sheets that can be used for shear strengthening and partly due to different failure modes a strengthened beam undergoes at ultimate state. Furthermore, the experimental data bank for shear strengthening of concrete beams using FRP remains relatively sparse due to which the design algorithms for computing the shear contribution of FRP are not yet clear. The objective of this study is to clarify the role of glass fiber reinforced polymer inclined strips epoxy bonded to the beam web for shear strengthening of reinforced concrete beams. Included in the study are effectiveness in terms of width and spacing of inclined GFRP strips, spacing of internal steel stirrups, and longitudinal steel rebar section on shear capacity of the RC beam. The study also aims to understand the shear contribution of concrete, shear strength due to steel bars and steel stirrups and the additional shear capacity due to glass fiber reinforced polymer strips in a RC beam. And also to study the failure modes, shear strengthening effect on ultimate force and load deflection behaviour of RC beams bonded externally with GFRP inclined strips on the shear region of the beam.