锚固区钢绞线锈断PC梁黏结性能退化试验研究

为研究锚固区钢绞线锈断对后张预应力混凝土梁黏结性能的影响,对6根预应力混凝土构件进行静力拉拔试验.通过设计电化学快速锈断钢绞线、缓慢切割钢绞线和直接放张3种应力释放方式,研究应力释放方式、混凝土强度和箍筋直径对断后预应力钢绞线黏结性能的影响,揭示预应力钢绞线与混凝土黏结力沿纵向的分布规律,得到预应力钢绞线的黏结-滑移曲线以及试件达最大拉拔力时预应力混凝土梁的裂缝分布形态.试验结果表明:钢绞线与混凝土的黏结破坏由拉拔端逐渐向自由端发展,应力释放速度越缓,试件初始损伤越小,拉拔过程中黏结性能越稳定;提高混凝土强度等级和增大箍筋直径均可提高预应力钢绞线与混凝土间的黏结强度;试件破坏形式主要为黏结失效或预应力钢绞线断裂破坏.本研究为完善锈蚀钢绞线与混凝土间黏结性模型提供了试验基础.     

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

鉴于现在广泛应用的拉拔式试验结果不能反映实际受弯构件中钢筋与混凝土的粘结性能,设计了梁式试件来研究钢筋与混凝土之间粘结性能.采用半干法的钢筋通电快速锈蚀法对钢筋进行锈蚀.在此基础上,对锈蚀钢筋的混凝土梁受力各阶段特征点的粘结应力及滑移值进行试验测定,拟合出粘结滑移曲线及锈蚀对粘结性能影响曲线.基于试验数据,提出了锈蚀率及锈胀裂缝宽度对钢筋与混凝土粘结强度影响系数的建议表达式.     

钢筋混凝土结构锈蚀开裂模型研究

为揭示钢筋混凝土结构锈蚀开裂的机理和裂缝相关参数的发展规律，对钢筋锈蚀作用下混凝土的开裂全过程进行研究，并建立混凝土锈蚀开裂模型。模型采用混凝土材料受拉指数型软化形式和黏结裂缝理论，将锈蚀开裂过程分为保护层未开裂、部分开裂和完全开裂三个阶段。推导每一阶段对应的应力状态、径向位移和裂缝状态等力学参数的表达式，获得计算混凝土保护层裂缝宽度的控制方程，并且给出求解该方程的数值计算方法。基于所建立的模型，研究裂缝从钢筋黏结表面扩展到混凝土保护层表面的全过程行为，讨论裂缝宽度、环向应力等参数的变化规律，预测混凝土保护层表面开裂时间与相应的临界锈蚀率。研究结果表明：钢筋表面和保护层表面的裂缝宽度的差值随锈蚀时间逐渐减小并最后趋于零；混凝土裂缝宽度和锈蚀率之间表现为正线性相关关系；混凝土保护层厚度与钢筋直径之比、混凝土抗拉强度和锈蚀膨胀系数等因素直接影响着保护层锈蚀开裂时间；最后，基于黏结裂缝理论建立的混凝土结构锈蚀开裂模型能够有效地预测试验值，可为钢筋混凝土结构锈蚀开裂机理研究提供依据。     

钢筋与超高性能混凝土的黏结性能试验研究

通过30个试件的拔出试验,研究钢筋黏结长度、保护层厚度、养护龄期等因素对钢筋-超高性能混凝土黏结性能的影响规律。结果表明:极限黏结应力随钢筋黏结长度的增大而降低,随保护层厚度、标养龄期的增加而增大。基于试验结果建立了极限黏结应力与保护层厚度、黏结长度和钢筋直径之间的计算公式。     

工作荷载和高地温环境下锚杆极限拉拔力试验研究

针对复杂工程环境中高地温导致锚杆支护结构锚固性能劣化和结构损伤的现象,研究工作荷载和高温同时作用下对其极限拉拔力的影响。基于力学相似原理设计并制作了3组共9个锚杆试件,通过室内逐级加载拉拔试验,得到试件在不同工作荷载和养护温度作用下,锚杆的极限拉拔力变化规律。研究结果表明:工作荷载越大养护温度越高的试件其裂缝数量最多且宽度最宽;所有锚杆试件的荷载-位移曲线大致相同并且都存在弹性、屈服、塑性强化和拔出破坏4个阶段,曲线呈现三折线特征;当试件的工作荷载一定时,试件的极限拉拔力随养护温度的升高呈现先增高后降低的规律;当试件的养护温度一定时,试件的极限拉拔力随工作荷载的增大而减小。     

钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的梁式试验研究

采用梁式黏结试验研究活性粉末混凝土与钢筋的黏结性能。研究表明:活性粉末混凝土梁式试验中的黏结破坏呈现钢筋拔出破坏、钢筋拔出与混凝土劈裂破坏共同发生等两种破坏形式。活性粉末混凝土与钢筋的极限黏结强度及所对应的滑移值分别约为普通混凝土的2倍左右。通过试验给出黏结应力-滑移曲线,曲线分为微滑移段、滑移段、滑移加速段和下降段等4个阶段。分析表明:保护层厚度及埋长对钢筋黏结锚固特征值有一定的影响。本文通过试验与分析提出用相对保护层厚度及相对埋长表示各阶段黏结锚固特征值的拟合计算公式,为工程设计提供参考。     

光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能研究

为了研究光圆钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能,本文改变钢筋直径与锚固长度测定了粘结应力和滑移量。通过理论分析与数据拟合,研究了粘结应力的影响因素、计算公式及粘结-滑移本构关系。结果表明:粘结应力受钢筋埋长、钢筋直径等因素的影响,随着埋长与钢筋直径的增大而减小。提出的以相对保护层厚度(c/d)和相对埋长(l/d)为主要参数的极限粘结应力计算公式,与试验结果吻合良好。分析给出不同直径光圆钢筋的锚固长度,并按GB 50010-2002的模式提出相应的锚固长度计算公式。本文提出的粘结-滑移本构方程与实测结果相关性好,可为活性粉末混凝土结构理论分析提供依据。     

氯盐环境下钢筋混凝土梁的黏结试验研究

为分析腐蚀环境对钢筋混凝土构件黏结性能的影响,对6根无端部锚固的钢筋混凝土梁试件进行三分点加载黏结试验研究,其中1根为对比试件,其余5根均经过氯盐溶液浸泡腐蚀。分析试验结果发现:混凝土锈胀裂缝沿受拉钢筋布置位置分布,锈胀裂缝宽度随着钢筋锈蚀程度的增加而增大;加载过程中,随着荷载的增加,钢筋与混凝土产生相对滑移,二者不再满足变形协调;混凝土裂缝发展规律表现为由跨中向两端支座延伸,由混凝土梁底向顶部发展;随着荷载的继续增加,支座上方出现沿钢筋方向的黏结撕裂裂缝,最终发生黏结脆性破坏;试验梁极限承载能力随着锈蚀率的增加总体呈下降趋势,但在锈蚀率小于3%时,极限承载能力有微小提高。     

隧道型钢混凝土粘结滑移力学性能研究

隧道初期支护中型钢混凝土其粘结滑移性能对支护协同变形、整体承载能力具有重要影响。本文针对在型钢混凝土组合结构中是否添加钢纤维进行两组推出试验,分析试件破坏特征,并结合有限元软件进行数值模拟,得到粘结滑移曲线,分析试件的粘结滑移性能,并在此基础上分析钢纤维掺量对试件特征荷载的影响规律,通过计算得出特征粘结强度。结果表明：(1)试件破坏模式呈现纵向劈裂破坏;(2)试件混凝土裂缝形态主要有以45°方向向四角延伸和垂直于翼缘中部方向两种;(3)试件粘结滑移曲线大致可分为无滑移段、滑移段、下降段和残余段四个阶段;(4)钢纤维的掺入不能显著提高型钢混凝土推出结构极限荷载和极限强度值,但可以提高型钢混凝土推出结构的残余荷载和残余强度值;(5)数值模拟结果较为理想,误差较小。所得结论可对隧道初期支护结构破坏特征研究、隧道设计与施工工程措施制定提供参考依据。     

考虑耐久性损伤的钢筋混凝土梁疲劳寿命试验研究

为研究主筋锈蚀、混凝土碳化等耐久性损伤后钢筋混凝土梁的疲劳性能,对1根钢筋未锈蚀静载对比梁、1根钢筋未锈蚀疲劳加载对比梁、4根钢筋锈蚀疲劳加载试验梁和4根混凝土碳化钢筋锈蚀疲劳加载试验梁进行了试验。试验梁钢筋平均锈蚀率均按6%、8%、10%、12%设计。结果表明:随着试验梁受力主筋锈蚀率增加,试验梁疲劳寿命显著降低,破坏形态由纵筋疲劳断裂演变为受压区混凝土沿梁纵向锈胀开裂,疲劳荷载作用后受压区出现纵、横、竖3个方向裂缝贯通混凝土崩裂并最终受压失效。试验梁最大跨中挠度随着锈蚀率的增加和疲劳加载次数的增加逐渐增大,试件梁抗弯刚度显著劣化。通过理论分析和试验结果拟合,提出以分段线性函数描述试验梁疲劳寿命与锈蚀率之间的关系,即以临界锈蚀率为界建立基于不同钢筋锈蚀率的锈损钢筋混凝土梁分段线性疲劳寿命预测模型。     

无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁试验与分析

用CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）筋替代高强钢筋作预应力筋，用普通钢筋作非预应力筋，可避免因预应力筋锈蚀而引起的结构物承载力下降和耐久性降低。为解决CFRP筋锚固问题，在XM夹片锚具与CFRP筋间设置2个一定长度的半圆钢管，通过填充于2个半圆钢管与CFRP筋间的环氧树脂，将张拉及锚固时锚具的夹持力较均匀地分布给夹持区的CFRP筋。根据综合配筋指标的不同，设计和完成了4根以CFRP筋作无粘结预应力筋、普通Ⅱ级钢筋作非预应力筋的无粘结部分预应力混凝土简支梁试验。试验表明：试验梁的平均裂缝间距仅与非预应力筋直径、有效配筋率及混凝土保护层厚度有关，与无粘结CFRP筋的配置无关。使用阶段按应力增量类比，将无粘结CFRP筋等效为有粘结非预应力筋的换算系数，取为0．35；裂缝分布不均匀系数为1．31；给出计算结果与试验结果吻合良好的裂缝宽度及刚度计算公式；获得了这类梁中无粘结CFRP筋极限应力增量随综合配筋指标增大而线性减小的变化规律，进而基于力的平衡提出了这类梁正截面承载力计算公式。     

混凝土三轴抗压强度尺寸效应试验研究

为研究混凝土三轴抗压强度的尺寸效应,对84个混凝土立方体试件进行加载应力比分别为0.00:0.00:1,0.05:0.05:1,0.10:0.10:1,0.15:0.15:1和0.20:0.20:1的三轴受压试验,分析三轴抗压强度的尺寸效应。试验结果表明:在各加载应力比下,混凝土试件的三轴抗压强度均存在尺寸效应现象;试件的三轴抗压强度随应力比的增大成倍的增长;随加载应力比的增大试件三轴抗压强度尺寸效应现象越来越不明显;三轴受压时试件有2种破坏形式,当应力比在0.00:0.00:1～0.15:0.15:1之间时发生柱状劈裂破坏,当应力比为0.20:0.20:1时,发生挤压流变破坏。     

基于离散元法的混凝土三轴压缩破坏试验数值模拟

混凝土是一种非均质的多相复合材料,其破坏过程具有非常复杂的应力应变关系。利用离散元软件PFC3D,模拟混凝土试件三轴压缩破坏试验,分析了摩擦系数、孔隙率、平行粘结半径、平行粘结刚度、平行粘结强度等细观参数对混凝土试件峰值强度的影响,并对混凝土试件的破坏形式进行分析。     

变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能试验研究

通过不同直径和不同埋长的普通热轧变形钢筋活性粉末混凝土的钢筋拔出试验,研究变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能及粘结—滑移的本构关系。研究表明:活性粉末混凝土与钢筋的极限粘结应力随着钢筋直径的增加而下降,钢筋直径相同时随着锚固长度的增加而降低。提出普通热轧变形钢筋与活性粉末混凝土的极限粘结强度与锚固长度的计算公式。运用该计算公式得出,直径为14和16 mm钢筋的锚固长度适宜取3倍钢筋直径,直径为18 mm钢筋的锚固长度适宜取4倍钢筋直径。根据试验数据回归出基于相对保护层厚度和相对有效粘结长度的极限粘结应力计算公式和粘结应力与滑移的本构关系式。     

微掺碳纳米管泡沫混凝土特性演化规律研究

为研究以微掺量碳纳米管(CNTs)纤维制备的CNTs泡沫混凝土(CNTFC)作为隧道卸压吸能材料的适用性，联合单轴加载和数字散斑采集技术，通过室内试验研究不同CNTs纤维掺量对CNTFC试件受载变形特征影响规律，并结合SEM-EDS测试技术分析CNTFC试样强度形成机理；针对不同CNTs掺入率CNTFC试件应力-应变、位移场、最大剪应变场演化规律进行研究。结果表明：CNTFC材料极限应变远大于普通混凝土脆性材料的极限应变，随CNTs掺量增加CNTFC试件峰后在保持一定变形条件下仍能提供较高抗压阻力，该特性是围岩支护卸压材料必有性能；提出CNTFC试件变形局部化启动条件分为应变判定条件和应力判定条件，应变判定条件为达到峰值应变的86.7%,应力判定条件为达到峰值应力的80.1%,以应变条件作为CNTFC试件变形局部化启动判定条件更为合理；微观测试结果表明水泥基材料水化产物与CNTs纤维所形成的复杂网络结构使CNTFC试件宏观力学性能得以提高。     

倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响

为了研究倒角半径对矩形钢管混凝土柱的轴压性能影响,进行3个系列15个矩形钢管混凝土柱的轴压试验。变化参数包括倒角率(2R/D=0.06～1.00)和钢管厚度(2,4和6 mm)。研究结果表明:倒角半径的改变能够有效地减弱矩形钢管混凝土柱角部的应力集中现象,提高钢管的环向约束效果,改善约束混凝土柱的轴压性能;随着倒角半径的增大,矩形钢管混凝土试件破坏模式从剪压破坏转变为腰鼓破坏,其峰值应力、峰值应变和极限应力显著提高,倒角率为1.00试件的极限强度比倒角率为0.06的试件提高幅度为40%～45%,表现出较高的承载能力和变形能力;钢管厚度的增加对约束混凝土的轴压性能也存在有益影响。     

500MPa级细晶粒热轧带肋钢筋在混凝土中的锚固性能试验研究

对试验用500 MPa级细晶粒热轧带肋钢筋进行了材料力学性能试验,试验结果表明:钢筋的屈服强度实测值均500 MPa,极限抗拉强度实测值均680 MPa,抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值1.25;通过75个500 MPa级细晶粒钢筋的拉拔试验,分析了粘结滑移曲线的特点及粘结破坏形态;考虑混凝土强度、锚筋直径、锚固长度、保护层厚度和横向配箍率等锚固影响因素,拟合回归得出HRBF500钢筋极限粘结强度计算公式,并给出HRBF500钢筋在混凝土中的锚固长度设计建议。     

用数值分析方法预测钢筋混凝土的粘结强度

本文利用非线性有限元方法来处理钢筋混凝土的粘结问题,在建立材料模型时采用了单轴应力—应变全曲线,以及二维(三维)应力状态的破坏包络线(面),对钢筋和混凝土之间的滑移进行了模拟计算,得出了粘结剪应力、正应力与滑移量之间的关系曲线,以及钢筋附近的塑性变形区和裂纹分布呈圆锥形的分布图。计算结果与相应的拔出实验结果基本一致,另外还发现钢筋混凝土同样存在不连续强度。     

U肋加劲板受压力学性能分析

为了探究U肋加劲的板件在压力作用下的受力性能与破坏机理,建立了受压混合钢U肋加劲板非线性有限元模型,分析了边界条件、初始几何缺陷和焊接残余应力对其受力性能的影响。结果表明:改变试件两端的转动约束条件会改变试件的破坏模式和受压稳定承载力;加载偏心方向对试件稳定承载力有较大的影响,当加载偏心弯矩效应与试件弯曲方向一致时,试件承载力随加载偏心的增大而减小,反之,试件承载力随加载偏心的增大而增大;在有限元模型中试件两端约束设置为自由转动,整体几何缺陷幅值取构件长度的1/1 000,局部几何缺陷幅值取子板宽的1/200,加载偏心矩取截面高度的0. 02倍,采用残余应力简化分布形式得到的承载力计算结果与混合钢U肋加劲板试验结果符合较好。该数值模拟方法可用于混合钢U肋加劲板的受力性能和抗压稳定承载力分析。     

降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验，研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性，并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程，探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明：边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大，0.7倍坡高附近放大效应最大，存在“趋表效应”及“高程效应”；土体应变随峰值加速度的增加而显著增大，坡脚与坡顶变形差异较大；动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大，滑坡启动阶段显著增加；边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近，随后坡脚产生剪切破坏；土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致；边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段，表现为张拉-剪切型破坏。