CFRP筋增强ECC梁弯曲性能试验研究

为研究碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋/超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)梁的抗弯性能,对3根CFRP筋/ECC梁、1根玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋/梁和1根CFRP筋混凝土梁进行了四点弯曲试验,分析了配筋率、纤维增强树脂复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋类型和基体类型对梁抗弯性能的影响。试验结果表明:CFRP筋/ECC梁与GFRP筋/ECC梁和CFRP筋混凝土梁类似,均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段;配筋率对CFRP筋/ECC梁的受弯性能影响较大。随着配筋率的增加,CFRP筋/ECC梁的承载能力不断提高,延性性能逐渐减弱;ECC材料优异的应变硬化能力和受压延性,使得CFRP筋/ECC梁的极限承载能力和变形能力均优于CFRP筋混凝土梁;由于ECC材料多裂缝开裂能力,CFRP筋/ECC梁开裂后,纵筋表面应变分布比CFRP筋混凝土梁更均匀; 由于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维的桥联作用,CFRP筋/ECC梁破坏时,其表面出现了大量的细密裂缝,且能保持较好的完整性和自复位能力;正常使用阶段,CFRP筋/ECC梁的最大弯曲裂缝宽度均小于CFRP筋混凝土梁。最后,根据试验结果,建立了基于等效应力图的CFRP筋/ECC梁弯曲承载力简化计算模型,确定模型中的相关系数。由简化模型计算的极限承载力与试验结果具有较好的相关性。      

功能自恢复SMA/ECC墩柱抗震性能试验研究EI北大核心CSCD

墩柱作为主要承重构件,其抗震能力对整个桥梁结构的安全至关重要。为了提高墩柱的变形能力、耗能能力及损伤自修复能力,减小墩柱震后的残余变形和损伤,实现震后不修复或者稍作修复就可恢复正常功能,提出了一种基于形状记忆合金(Shape memory alloy,SMA)和工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)的新型自复位墩柱。利用SMA的超弹恢复性能,在墩柱的塑性铰区用SMA筋来替代普通纵向钢筋,来实现墩柱的自复位功能;利用ECC的应变硬化特性,ECC替代墩柱的塑性铰区普通混凝土,提高墩柱耗能能力并减少损伤。设计制作了5个试验试件,分别为普通钢筋混凝土墩柱、普通钢筋ECC墩柱、钢绞线普通混凝土墩柱、钢绞线ECC墩柱和形状记忆合金筋ECC墩柱,并进行低周反复加载试验,对比分析了不同墩柱的破坏模式、承载力、延性和耗能能力等抗震性能。研究结果表明:SMA材料能够增强结构的变形能力,提高结构的延性,减小结构残余变形;ECC材料能够提高结构延性,减缓裂缝的开展速度,提高结构的耗能能力。与普通钢筋混凝土墩柱相比,SMA/ECC墩柱不仅表现出较好的延性,且构件复位效果良好,显著减小了结构损伤,展现出更好的抗震性能。     

CFRP片材-工程水泥基复合材料-混凝土复合界面单面剪切试验研究

为解决碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)片材加固混凝土结构时CFRP片材易过早剥离及工程水泥基复合材料(ECC)加固混凝土结构极限承载力提高不足等问题,采用CFRP片材-ECC-混凝土复合界面,以同时发挥CFRP片材高抗拉强度和ECC多缝开裂及耐久性较好的优势。设计21个单面剪切试件并进行单面剪切试验,研究不同ECC厚度和混凝土/ECC强度对复合界面承载力、应变分布及粘结滑移曲线等影响规律。试验结果表明：设置ECC层的单面剪切试件破坏模式均为CFRP片材和ECC界面间的剥离破坏,有效延缓了CFRP片材的剥离,并可以有效地传递界面剪应力。与无ECC层的试件相比,设置ECC层试件的极限承载力增加了27.3%～59.6%。基于陆新征等提出的极限承载力计算模型,提出了考虑ECC厚度的复合界面单面剪切试件的极限承载力预测模型,计算值与试验值相吻合。采用不同粘结滑移模型对试验数据进行分析,对比结果表明：Ferracuti等提出的模型考虑的影响因素较全面且模型的拟合结果较好。     

形状记忆合金混凝土梁力学性能试验研究

将超弹性形状记忆合金(简称SMA)绞线作为主筋埋入到混凝土梁中,制成SMA混凝土梁。采用跨中单点加载试验对其进行力学性能测试,并利用同尺寸、同配筋率的钢筋混凝土梁作为参照,比较了各试验梁的承载力、残余变形和残余裂缝,分析了SMA的预应力及SMA与混凝土的粘结情况对试验梁力学性能的影响。结果表明,超弹性SMA绞线可以减小混凝土梁的残余变形和残余裂缝,提高混凝土梁的自修复能力。与普通钢筋混凝土梁相比,开裂后SMA混凝土梁的承载力增加的幅度更大,且粘结情况对梁的承载力有较大的影响。此外,对于无粘结SMA混凝土梁,对SMA绞线施加预应力可以提高混凝土梁的承载力和耗能能力。     

二次受力下自密实混凝土加固RC梁受弯性能研究

为模拟实际工程中加固构件的真实承载能力,实验在原混凝土构件持续受荷状态下,采用自密实混凝土对构件进行加固、养护。共进行了7根二次受力下自密实混凝土加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验,研究了不同初始受力水平、不同加固厚度及不同界面处理方式对加固钢筋混凝土梁抗弯承载力和截面刚度的影响。试验量测了构件裂缝分布形态、荷载-挠度曲线、钢筋应变发展规律等。结果表明:采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁,能有效地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力、截面刚度等性能;二次受力下自密实混凝土加固梁抗弯承载力随着初始受力水平的增大而降低。在试验结果的基础上,基于平截面假定,提出了二次受力下自密实混凝土加固梁钢筋滞后应变及抗弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

重复荷载下高延性混凝土加固受损混凝土无腹筋梁受弯性能试验研究

通过不同高延性混凝土(HDC)加固厚度,对10根受损严重的钢筋混凝土无腹筋梁采用HDC进行加固,并进行了重复荷载作用下正截面受弯试验,研究了不同厚度的HDC对受损无腹筋梁的受弯承载力以及变形性能的影响。试验梁采用三面U形加固方式,试验过程中观察加固梁的裂缝分布形态、荷载-位移曲线等试验变化情况。试验结果表明,采用HDC加固钢筋混凝土梁,会使梁的破坏形态由脆性破坏向延性破坏转变,加固梁的承载力、延性和耗能能力都得到显著提高。与HDC加固层厚度为0的梁相比,加固厚度为1 cm、1.5 cm和2 cm的梁,承载力分别提高了19.8%、32.7%以及46.3%,而残余变形值分别减少了8.96%、13.3%和20.47%。根据加载试验得出的试验结果,以及通过将受压区曲线应力图形等效为矩形应力图形的方法,推导出了简单实用的不同HDC厚度加固受损混凝土无腹筋梁在重复荷载下的极限承载公式,且计算值和试验值吻合较好。     

高延性混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

为利用高延性混凝土（HDC）良好的拉伸和剪切变形能力,提高无腹筋钢筋混凝土梁的受剪性能,该文通过对9根HDC加固梁、1根高性能复合砂浆加固梁及3根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、加固层厚度和加固层是否配置箍筋对梁破坏形态、受剪承载力及变形能力的影响。结果表明:采用HDC面层对无腹筋梁进行抗剪加固,可以显著提高梁的抗剪承载力和变形能力;HDC面层可代替部分箍筋的抗剪作用,改善无腹筋梁的剪切破坏形态,并提高梁的剪压比限值;HDC加固层越厚,其受剪承载力和变形能力提高越明显,但加固层厚度较大时,需采用措施防止HDC面层间发生剥离破坏;HDC面层配置附加箍筋,可进一步提高试件的受剪承载力和耐损伤能力。基于试验结果,该文提出了HDC加固试件的受剪承载力计算公式,其计算值与试验结果吻合较好。     

高延性混凝土加固钢筋混凝土梁抗震性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土(RC)梁的抗震性能,设计了8个RC梁试件,采用HDC和碳纤维布(CFRP)条带加固,通过低周反复荷载试验,研究剪跨比、加固方式对其破坏形态、变形和耗能能力等的影响。试验结果表明:采用HDC围套加固RC梁,HDC面层良好的拉伸应变硬化和多裂缝开展特性能有效控制剪切裂缝发展,明显改善构件的脆性破坏特征;HDC加固层与原构件协同工作良好,加固层对内部混凝土形成良好的约束作用,HDC加固梁的承载力、变形和耗能能力明显提高,其加固效果明显优于CFRP条带加固;剪跨比较大时,在HDC加固层配置钢筋网,试件的变形和耗能能力明显提高,但对承载力贡献较小。基于桁架-拱模型理论,提出HDC加固梁的抗剪承载力计算方法,计算结果与试验值吻合较好。     

HPFL加固受火RC梁二次受力正截面承载力研究

 高性能复合砂浆钢筋网(high performance ferrocement laminate, HPFL)作为一种新型的加固方式,具有防火、耐高温、施工简易等优点．为研究其加固受火钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）梁的性能,结合已有的对高性能复合砂浆钢筋网的试验研究和对受火后混凝土梁强度、弹性模量等性能的研究成果,采用ANSYS中的PLANE55单元对高温后RC梁截面的温度场进行模拟,并利用计算二台阶模型简化成等效T形截面,考虑未卸载完全下高性能复合砂浆钢筋网同原材料间的应力—应变滞后现象,计算初始荷载下待加固构件的滞后应变,在此基础上结合构件受力情况推导出高性能复合砂浆钢筋网加固受火RC梁二次受力下的正截面承载力计算公式,将计算结果同试验数据进行比较,并给出了工程实际算例．结果表明,理论值与试验值吻合较好,采用高性能复合砂浆钢筋网加固后能提高受火RC梁的承载力,可供有关混凝土结构加固设计参考．     

纤维织物增强高延性混凝土加固受损RC梁受剪性能试验

为研究二次受力对纤维织物增强高延性混凝土(TRHDC)加固钢筋混凝土(RC)梁受剪性能的影响,对8根TRHDC加固梁和1根对比梁进行了静载试验,分析了纤维织物层数、损伤程度及持载水平对梁破坏形态、荷载-挠度曲线、荷载-箍筋应变曲线及荷载-织物应变曲线的影响。试验结果表明：所有梁均发生了剪压破坏,仅一根梁出现剥离现象;TRHDC可有效限制斜裂缝的发展,延缓箍筋屈服和刚度退化;TRHDC加固显著地提高了梁的受剪承载力和变形能力,最高分别达67%和54%;加固效果未完全随纤维织物层数的增大而提高,与TRHDC面层利用率有关;原梁箍筋屈服之前,损伤程度对加固梁受剪性能的影响不明显,原梁箍筋屈服之后,加固梁受剪承载力随损伤程度的增大而降低;加固效果随持载水平的提高而降低;两层纤维织物的TRHDC可有效修复完全受损RC梁的受剪性能;建立了考虑二次受力的TRHDC加固RC梁受剪承载力的计算公式,且计算值与试验结果吻合较好。     

水泥基复合材料加固小偏心受压钢筋混凝土柱承载力

通过对工程水泥基复合材料(ECC)加固钢筋混凝土(RC)柱和未加固RC柱进行小偏心受压试验,研究ECC加固RC柱小偏心受压性能。试验结果表明,ECC加固层能有效约束核心混凝土;与未加固柱相比,加固柱的裂缝细而密,达到峰值荷载时受压区ECC尚未被压碎,破坏过程比较平缓,有较好的完整性,并表现出一定的延性特征;相对偏心距相同时,加固柱的开裂荷载、峰值荷载及延性相比未加固柱分别提高了107%～236%、45%～159%、37.4%～41.3%。依据试验结果,绘制出各加固柱跨中荷载-挠度曲线,可分为4个阶段：弹性阶段、裂缝稳定扩展阶段、最大荷载阶段及下降段。随着加固层厚度的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越小;随着相对偏心距的增大,相同荷载下ECC竖向应变及钢筋应变越大。基于混凝土结构理论及力学原理,分析ECC加固层对核心混凝土柱的约束机制,提出ECC约束混凝土抗压强度和峰值应变的表达式,推导出加固柱受压承载力计算公式,承载力计算值与试验值相对误差在10%以内,二者吻合良好,为ECC加固混凝土柱在实际工程中的应用提供理论参考。     

ECC修复震损剪力墙抗震性能试验研究

该文采用拟静力试验研究了采用高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)修复后的震损钢筋混凝土剪力墙的抗震性能。先对剪力墙进行了初次拟静力试验,剪力墙呈现剪切破坏,混凝土压溃,脚部钢筋压弯、屈服甚至断裂,然后采用ECC对震损的钢筋混凝土剪力墙进行了修复,随后进行了再次拟静力试验。通过对比分析前后两次试验结果,从剪力墙破坏模式、承载能力、延性、耗能能力、刚度退化、钢筋效用发挥等方面的差异,综合评价ECC用于修复震损剪力墙的有效性。试验结果表明:a) 剪力墙的承载能力基本得到恢复;b) 在保证承载能力的前提下,剪力墙的延性得到提高,改变剪力墙的破坏模式,由脆性破坏转化为延性破坏;c) 提高墙体的耗能能力;d) 避免剪力墙墙脚混凝土的压溃和钢筋的屈曲,依靠ECC与钢筋良好的变形协调性,提高脚部钢筋的利用率。     

Slip effects in reinforced concrete beams with mechanically fastened FRP strip

This investigation concerns the flexural behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with a mechanically fastened pultruded FRP strip (MF-FRP beams). Twelve small size MF-FRP beams and two control RC beams were tested under flexural loading. The main failure mode observed in this experimental program was nail rotation and bearing damage under increasing flexural load, which resulted in FRP slip with respect to the soffit of the RC-beam and loss of stress transfer. Strain gage data and visual observations obtained during the experiments provided useful insight for developing a new procedure for estimating the nominal moment capacity of the MF-FRP beams. The proposed method is guided by experimental evidence pointing to the significance of nail rotation associated with flexural cracking in RC beams. The developed procedure, based on a “strain reduction factor” of 24%, is able to estimate the nominal moment capacity of the MF-FRP beams with good accuracy.     

外壳预制核心现浇装配整体式RC梁抗剪性能的试验研究

该文以研究外壳预制核心现浇装配整体式钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能为目的,制作了2根新型装配整体式RC梁和1根现浇RC梁,开展了RC梁的抗剪承载力试验,考察新型装配整体式RC梁的荷载-挠度关系、开裂荷载、极限承载力、箍筋应变发展特点及破坏模式,并与现浇RC梁的抗剪性能进行比较,试验研究表明:新型装配整体式RC梁与整浇RC梁具有完全相同的抗剪承载力特性;进一步探讨新型装配式RC梁的极限抗剪承载力计算理论,为装配整体式RC梁的设计提供参考。     

高延性混凝土加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究及承载力计算

为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土梁的受剪性能,该文对7根HDC加固梁及4根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、配箍率、加固层厚度和加固层附加箍筋对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及裂缝的影响。结果表明:采用HDC面层对钢筋混凝土梁进行受剪加固,可以显著提高梁的受剪承载力;HDC面层可以代替部分箍筋的受剪作用,改善钢筋混凝土梁的剪切破坏形态;加固试件在达到极限位移之后,试件的完整性较好,剩余承载力较高。基于试验结果,利用桁架-拱模型,提出了HDC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

Structural performance of shear-critical RC deep beams with corroded longitudinal steel reinforcement

The effect of corrosion of longitudinal reinforcement on the structural performance of shear-critical reinforced concrete (RC) deep beams was experimentally investigated. A total of eight medium-scale reinforced concrete beams were constructed. The beams measured 150 mm wide, 350 mm deep and 1400 mm in length. The test variables included: corrosion levels (0%, 5%, and 7.5%), existence of stirrups and FRP repair. Six beams were subjected to artificial corrosion whereas two beams acted as control un-corroded. Following the corrosion phase, all beams were tested to failure in three point bending. The test results revealed that corrosion of properly anchored longitudinal steel reinforcement does not have any adverse effect on the behaviour of shear critical RC deep beams. Corrosion changed the load transfer mechanism to a pure arch action and as a result the load carrying capacity was improved. A strut and tie model was proposed to predict the failure loads of shear-critical RC deep beams with corroded longitudinal steel reinforcement. The predicted results correlated well with the experimental results.     

碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究及抗弯承载力计算

进行了6根碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁和2根对比混凝土梁的抗弯性能试验研究,分析了碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁的破坏机理,研究了荷载历史对加固梁极限荷载的影响。试验结果表明,粘贴碳纤维布可以有效地提高加固梁的抗弯承载能力。无论荷载历史如何,只要梁承受的初始荷载相同,梁破坏时的极限荷载基本相同。梁端锚固对加固梁的极限荷载影响不明显。根据不同的破坏模式,提出了碳纤维布加固已承受荷载的钢筋混凝土梁的承载力计算方法,给出了工程实用计算公式。