材料耐久性损伤对混凝土构件抗震性能影响

通过试验验证有限元分析合理性,采用非线性分析方法并考虑钢筋锈蚀后黏结滑移性能退化,并从碳化率的角度,研究材料耐久性损伤对钢筋混凝土构件抗震的影响。研究结果表明:混凝土碳化对构件承载力、刚度及延性影响较小,碳化对构件滞回性能的影响主要体现在滞回曲线饱满程度降低,随碳化率的增大耗能能力退化明显,当保护层混凝土完全碳化时,耗能性能约降低28%。钢筋锈蚀对构件滞回性能影响较大,承载力、延性及耗能性能均随锈蚀率的增大而降低;考虑黏结滑移后,构件开裂前滞回性能变化不大,随着荷载增大,考虑黏结滑移要比不考虑黏结滑移时构件刚度及延性退化更为严重,但对承载力及耗能退化影响较小。综合考虑碳化及钢筋锈蚀对钢筋混凝土构件抗震性能的影响,建议在抗震区控制构件碳化深度及钢筋锈蚀,限制保护层混凝土碳化率不大于60%及锈蚀率不大于10%,从而保证结构良好的抗震性能。     

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。     

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。     

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。     

长期荷载作用下锈蚀栓钉连接件卸载后静力试验研究

通过8个标准连接件的推出试验,研究长期荷载卸载后锈蚀栓钉连接件的静力性能,了解长期荷载与栓钉锈蚀对连接件抗剪承载力、荷载-滑移曲线及变形能力的影响。试验结果表明:推出试验中,栓钉经历了先受压再受拉最后剪断3个受力阶段,栓钉受压处混凝土应变远远高于周边混凝土,随着荷载的增加,连接件刚度处在一个加速退化的状态;腐蚀与荷载存在耦合作用,对于栓钉受拉侧,腐蚀与荷载耦合加速栓钉锈蚀,对于栓钉受压侧,腐蚀与荷载耦合抑制栓钉锈蚀;长期荷载加速初始滑移的发展,但对试件最终滑移量及承载力影响不大,栓钉锈蚀降低试件刚度,加大滑移发展速率,降低极限承载力,对最终滑移量影响显著。最后,通过参数拟合方法建立锈蚀栓钉连接件抗剪承载力及荷载-滑移曲线计算公式,拟合结果表明,计算公式能够较准确地计算锈蚀栓钉连接件的抗剪承载力、滑移终值及荷载-滑移曲线,可为组合结构锈蚀计算提供参考。     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移试验研究

钢筋锈蚀后,其与混凝土的黏结作用会明显减弱,混凝土结构的安全性和耐久性将受到严重影响。为研究锈蚀钢筋混凝土黏结滑移关系,本文制备20个钢筋混凝土立方体拉拔试件,通过电化学腐蚀试验加速钢筋锈蚀。通过拉拔试验,获得多种锈蚀率下钢筋混凝土试件黏结强度随着滑移的变化规律。通过对试验数据的分析,提出黏结强度降低系数与滑移比的计算公式,并利用黏结强度降低系数和滑移比改进《混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土黏结滑移关系,得到锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型,对实际工程有较好的指导作用。     

锈蚀钢筋混凝土粘结性能劣化研究

为研究锈蚀对钢筋混凝土破坏形式和粘结性能的影响，通过对通电加速锈蚀试件进行拉拔试验，获得试件破坏形式、极限粘结强度与滑移值随保护层厚度和锈蚀率的变化规律，再建立锈蚀钢筋拉拔试件模型，分析全粘结段应力分布情况。研究结果表明：(1)试件破坏形式可大概分为保护层脱落破坏、拔出破坏(产生裂缝)、拔出破坏(不产生裂缝)三种类型；(2)保护层较小时，最大拉力随锈蚀率增大而减小，保护层增大到一定程度，最大拉力随锈蚀率增大出现先增后降的现象，最大拉力对应的滑移量随锈蚀率增大均减小；(3)相同锈蚀率下，粘结强度和滑移量与保护层厚度成正相关，且保护层厚度越小，粘结性能损失越快；(4)靠近加载端或自由端位置粘结应力最大，中间段分布均匀。拉拔过程中，粘结应力整体水平逐渐增大，峰值现象也逐渐凸显，粘结应力峰值随锈蚀发展逐渐下降，且峰值由自由端移动到加载端。     

无粘结预应力钢绞线锈蚀后力学性能研究

随着预应力混凝土结构的广泛应用,其耐久性问题已经成为普遍关注的研究课题.钢绞线作为无粘结预应力结构的关键材料,研究其锈蚀引起的耐久性问题具有较强的现实意义.本文采用钢绞线加速锈蚀试验,研究无粘结预应力钢绞线锈蚀后的力学性能,分析不同锈蚀程度对钢绞线的名义极限强度、名义屈服强度、名义弹性模量、伸长率的影响,建立锈蚀率与钢绞线名义极限强度、名义屈服强度,名义弹性模量和伸长率之间关系的数学表达式,提出锈蚀钢绞线的应力-应变本构关系.对比普通钢筋锈蚀后的力学性能,研究表明:钢绞线与普通钢筋相比,对锈蚀更为敏感.本文建议在无粘结预应力混凝土结构中更应该关注钢绞线的锈蚀问题.     

钢拱架锈蚀对隧道支护体系安全性影响研究

现实隧道工程中,尤其是在有水压、海水等环境下,隧道衬砌中钢筋锈蚀现象尤为突出,钢筋锈蚀使钢筋力学性能退化、锈蚀钢筋与混凝土间的粘结性能退化,这对隧道长期运营的安全性造成很大的影响。采用非线形有限元ADINA软件对Ⅴ级围岩条件下钢拱架锈蚀对支护结构的影响进行探究,得出了在该围岩条件下钢拱架锈蚀对支护结构影响的临界锈蚀率,具有实际的工程意义和实用价值。     

主筋锈蚀对钢筋混凝土梁承载特性的影响

基于适当的钢筋、混凝土本构关系以及锈蚀钢筋和混凝土的黏结滑移模型,建立有限元模型,对5根不同主筋锈蚀率的钢筋混凝土梁进行承载特性分析。获得了梁中点处的荷载-挠度关系,受力筋的应变分布以及钢筋与混凝土之间的滑移分布。研究结果表明：随着受力筋锈蚀率的增大,钢筋混凝土梁的极限承载力降低,延性下降,受力筋的最大拉应变和伸长量逐渐增加,钢筋和混凝土之间的滑移量也大幅增加。     

铁路梁桥在多因素腐蚀环境影响下构件抗弯性能研究

为了研究西格铁路专用线中桥梁结构在多种因素腐蚀环境影响下抗弯性能的变化,分别分析水分、二氧化碳浓度以及氯离子等因素对钢筋抗拉强度、有效受拉面积、混凝土碳化以及两者之间的黏结强度等性能方面的影响,基于钢筋锈蚀之后与混凝土之间重新形成的协同工作关系,通过构造新的几何条件,对锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算公式重新进行推导,分析钢筋锈蚀程度对构件抗弯性能的影响。研究表明:钢筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,钢筋的抗拉强度不断降低,有效受拉面积不断减小,混凝土碳化现象加剧,两者之间的黏结性能削弱;通过重新构造锈蚀钢筋与混凝土之间应变关系,推导得到的锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力计算公式可以较好地反映试验结果;随着钢筋锈蚀程度的不断增加,构件抗弯承载力损失率也在不断提高,当锈蚀率达到17%时,构件承载力损失率可达到30.33%。     

碳纤维筋与活性粉末混凝土粘结性能试验研究

通过拉拔试验,对活性粉末混凝土与碳纤维筋的粘结性能进行了试验研究,考察了水胶比、钢纤维掺量及硅灰掺量等材料参数对粘结性能的影响。试验结果表明:粘结滑移曲线的形状主要与碳纤维筋的表面形状有关,与活性粉末混凝土的配比无关;碳纤维筋与活性粉末混凝土的粘结强度随着水胶比的降低而提高,但是提高的幅度并不明显;钢纤维的掺入可以有效地提高粘结强度,是影响粘结强度的一个重要因素;掺入硅灰有利于改善粘结性能,但其掺量有一个最佳范围,在本次试验中,硅灰的最佳掺量为0.25~0.35。     

铝合金筋混凝土在地铁工程中的应用探索

对于含有腐蚀性介质的地下环境中的地铁工程,钢筋混凝土结构容易因钢筋锈蚀而造成耐久性和安全性降低。从防止受力钢筋锈蚀的角度出发,探索将铝合金筋应用于地铁工程混凝土结构的可行性;基于现行《混凝土结构设计规范》及铝合金材料的力学性能特点,推导铝合金筋混凝土梁正截面受弯承载力计算表达式,并通过现有9根铝合金筋混凝土梁受弯试验数据对表达式进行验证;基于现有研究成果对铝合金筋混凝土梁裂缝宽度的计算进行探索;从耐腐蚀性和经济性角度,对比普通钢筋混凝土梁及铝合金筋混凝土梁的使用寿命和工程造价,给出铝合金筋和普通钢筋混合使用的研究思路,为铝合金筋混凝土在地铁工程设计中的研究及应用提供了一定的方向和参考。     

杂散电流-盐冻耦合条件下混凝土的劣化

针对北方沿海及西北盐碱地区轨道交通工程中杂散电流-盐冻耦合作用的严酷环境,设计了杂散电流-盐冻耦合条件下混凝土抗冻性能试验及氯离子侵蚀试验,通过不同冻融循环次数后的混凝土质量损失率、相对动弹性模量、水溶性氯离子含量、氯离子扩散系数和盐浓度梯度表征了此耦合条件下混凝土劣化的基本特征,并通过压汞(MIP)、电镜扫描(SEM...     

预应力高性能混凝土梁中超细粉煤灰合理掺量研究

对粉煤灰高性能混凝土的早期抗压强度、劈裂抗拉强度、早期弹性模量、钢筋握裹力、抗剪强度和徐变性能,超细粉煤灰的合理掺量和护筋性,高性能混凝土模型梁的疲劳性能等进行试验研究。结果表明:一定掺量的优质粉煤灰可改善混凝土的性能,降低结构的寿命周期成本;铁路预应力梁中超细粉煤灰(UFA)的推荐掺量为25%。6片32mC50超细粉煤灰高性能混凝土试验梁的静载试验结果表明,其各项性能指标满足铁路《桥规》要求。     

钢-混凝土混合结构在大跨度连续刚构桥中的应用

重庆石板坡公路长江大桥采用填充混凝土后板式钢—混凝土接头。在轴力、弯矩和剪力的作用下,钢—混凝土接头处将产生轴向压应力、拉应力和剪应力。压应力由承压板及PBL剪力键共同传递,拉应力、剪应力主要由PBL剪力键传递。计算得到钢—混凝土接头的最不利荷载组合内力。在钢—混凝土接头附近截取18m长的1个梁段,将混凝土与贯穿钢筋进行耦合、贯穿钢筋与PBL板进行耦合,采用实体单元、板单元和梁单元,建立钢—混凝土接头有限元模型,利用有限元软件ANSYS进行仿真分析,得到钢—混凝土接头各部分的应力分布。结果表明:结构各构件在设计荷载下并未出现超出材料强度的应力峰值;剪力主要靠腹板上的PBL剪力键传递;有效的预应力体系是钢—混凝土接头可靠性的根本保证。     

既有铁路钢筋混凝土桥梁病害原因分析及材料劣化的评估和防治

造成桥梁病害及损伤的原因除结构因素外,更多的是由于材料的性能劣化造成的,包括混凝土的性能劣化和混凝土中钢筋的锈蚀两个方面。综述钢筋混凝土桥梁病害的评估技术和防护技术的现状和趋势。提出从材料的性能劣化入手,对桥梁进行病害诊断及评估。     

既有桥梁下部结构加固施工技术

结合国贸桥的工程实例,介绍了对国贸桥的补桩、新建承台及中横梁加固三个方面的施工工艺和施工技术。国贸桥的桥墩基础采用补桩加固,即在原承台的南、北两侧面各加一根直径为1.5 m的灌注桩。新建承台的基坑开挖之后,基坑侧壁挂网喷混凝土并打设锚杆加强支护。在原承台下吊装工字钢梁,然后在既有承台底部绑扎钢筋、浇筑混凝土。中横梁加固是在既有桥梁墩柱两侧增设两个钢墩柱,钢墩柱支撑钢盖梁,盖梁上设置"测力可调盆式橡胶固定支座"对横梁进行支顶,并对横梁进行粘贴钢板加固,增强其抗剪能力。