基于分形理论的玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能研究

为了利用梁表面裂缝的分布和演化过程来研究玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁的受弯性能,对6根不同废旧钢纤维(Recycled Steel Fiber,RSF)体积掺量和配筋率的试验梁进行受弯试验,并运用分形理论对梁表面裂缝进行分析.验证了玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁表面裂缝分布的分形特征,其分形维数在0.89～1.07之间.探讨了梁表面裂缝分形维数与荷载等级、RSF体积掺量、配筋率及跨中挠度之间的关系.结果表明:分形维数与荷载等级和跨中挠度均呈对数增长关系;极限状态下,RSF的掺入减小了梁表面裂缝的分形维数,RSF体积掺量为1.5％ 时,分形维数最小为0.9722;随着配筋率的增加,梁表面裂缝发展更充分,其分形维数也更大.     

BFRP筋再生混凝土梁抗弯性能试验研究

通过7根玄武岩纤维(BFRP)筋再生混凝土梁和1根钢筋再生混凝土梁的抗弯性能试验,研究了不同纵筋配筋率与再生骨料取代率对BFRP筋再生混凝土梁受弯性能的影响,分析其承载力变化过程、破坏形态、挠度变形与裂缝发展情况,并与钢筋再生混凝土梁进行对比。结果表明,BFRP筋再生混凝土梁的破坏形式有少筋和超筋破坏两种,分别由BFRP筋拉断和受压区再生混凝土压碎控制。合理配筋的BFRP筋再生混凝土梁破坏前产生的挠度较大,且受拉BFRP筋的应变也较大,说明合理配筋的BRPP筋再生混凝土梁具有一定的延性,能较好地发挥两种材料的性能。BFRP筋再生混凝土梁的裂缝宽度和裂缝条数受再生骨料取代率影响较小,而受配筋率影响较大。此外,BFRP筋再生混凝土梁的初裂荷载相比钢筋再生混凝土梁略低,但极限荷载却有明显提高。     

后张无黏结预应力BFRP筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用后张法,制作了玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）无黏结部分预应力混凝土梁、BFRP筋无黏结全预应力梁以及对比用BFRP筋非预应力梁,对其受弯性能进行对比试验,并对BFRP筋无黏结部分预应力梁中非预应力钢筋的配筋率对受弯性能的影响进行了研究。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以明显提高梁的抗裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度,改善BFRP筋混凝土梁的正常使用性能;与全预应力梁相比,配置有非预应力钢筋的部分预应力BFRP筋梁的延性更好;且随着非预应力钢筋配筋率的增加,梁的屈服荷载和极限荷载随之提高,裂缝间距、极限裂缝宽度则随之减小。     

先张法预应力玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能试验研究

采用先张法工艺设计制作了1根全预应力玄武岩纤维增强塑料筋(BFRP筋)混凝十梁,2根部分预应力BFRP筋混凝土梁和1根普通BFRP筋混凝土梁,对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况、屈服荷载和极限荷载等性能。结果表明,对BFRP筋施加预应力,可以提高梁的杭裂度,有效减小梁的挠度和裂缝宽度;非预应力钢筋的配筋率越大,梁的极限抗弯承载力越大,在BFRP筋配筋率相同的情况下,全预应力梁和非预应力梁的极限抗弯承载力相当;在预应力梁中采用非预应力钢筋,可以减小裂缝宽度间距,并且提高梁的延性;全预应力梁和非预应力梁在纯弯段上的裂缝数量和裂缝分布基本相同,部分预应力梁的裂缝数量明显多于全预应力梁和非预应力梁。     

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯性能研究

设计并制作了3根玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）混凝土梁,并对其进行三分点加载试验,主要测试了构件的开裂荷载、裂缝和挠度发展情况以及极限荷载等。结果表明,受BFRP筋线弹性的材料性质、较低的弹性模量等因素的影响,BFRP筋混凝土梁的受弯工作具有以下特点：(1)构件均发生脆性破坏;(2)构件的开裂荷载和开裂前的挠度受BFRP筋配筋率的影响很小;(3)构件的极限荷载随BFRP筋配筋率的增加而增大;(4)构件的荷载－挠度曲线在混凝土开裂前后均为线性,其转折点对应构件开裂。     

玄武岩纤维增强塑料筋混凝土梁受弯破坏形态有限元分析

设计并制作了3根新型的玄武岩纤维增强塑料筋（BFRP筋）增强混凝土梁,并对其进行三分点加载试验和有限元分析。结果表明,BFRP筋混凝土梁的受弯破坏形态有别于传统的钢筋混凝土梁,其破坏截面均位于加载点附近。梁内的销栓作用对BFRP筋的受力非常不利;较大的裂缝宽度不仅会影响到BFRP筋混凝土梁的正常使用,还会影响到梁的受弯破坏形态;BFRP筋突出的表面变形特征、较低的横向抗剪强度和弹性模量等对上述破坏形态的发生有着重要影响;加载点处BFRP筋混凝土较为严重的局部黏结破坏、较大的销栓作用、应力集中效应和较大的裂缝宽度等使BFRP筋处于复杂的不利受力状态,这是造成上述破坏形态的主要原因。     

BFRP筋混凝土无腹筋梁抗剪性能试验研究

为研究骨料种类对BFRP筋混凝土梁抗剪性能的影响,以剪跨比和混凝土抗压强度为变量,完成了对称集中荷载作用下5根BFRP筋普通混凝土和5根再生混凝土无腹筋梁抗剪试验,并分析了试件裂缝发展、破坏形态及不同剪跨比和混凝土强度对构件跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响,且参照相关规范对构件抗剪承载力进行计算分析.结果表明:再生混凝土梁的变形及裂缝发展形态与普通混凝土梁基本相似,再生混凝土梁的开裂荷载与极限荷载均低于普通混凝土梁;同一荷载对应的试件跨中挠度随剪跨比的增加而增大,混凝土抗压强度对试件跨中挠度无明显影响;试件开裂荷载与极限荷载均随着剪跨比的增大而减小,随着混凝土抗压强度的增大而增大;美国ACI 440.1R-06规范对试验梁抗剪承载力的计算最合理.     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明:钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%~33%,抗弯性能提升了4%~21%,延性提升了22%~89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

BFRP筋钢纤维再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究不同钢纤维体积掺量vsf(0. 5%、1%、1. 5%、2%),纵筋配筋率ρ,再生骨料取代率R(0、50%、100%)对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁(BFRP-SFRAC梁)抗弯性能的影响,本文对9根BFRP-SFRAC梁和1根钢筋钢纤维再生混凝土梁(对比梁)进行了抗弯试验,分析了其破坏形态、承载力变化过程及挠度变形等情况。结果表明:BFRP-SFRAC梁在达到极限承载力后,其荷载-挠度曲线下降段平滑,表现出较好的延性特征。BFRP-SFRAC梁的抗弯承载力受配筋率ρ和钢纤维体积掺量vsf的影响较大,受再生骨料取代率R的影响较小。随着钢纤维体积掺量vsf的增加,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载和极限荷载均增加,但并不一直呈线性增长,而挠度变形有所减小。与对比梁相比,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载略低,但极限荷载却明显提高。     

无腹筋BFRP筋玄武岩纤维混凝土深梁抗剪性能试验研究

为研究玄武岩纤维对无腹筋BFRP筋混凝土深梁裂缝开展、破坏形态、跨中挠度、剪切开裂承载力及抗剪极限承载力的影响,以玄武岩纤维体积掺率和纤维长度为参数,设计并制作了5根试验梁,通过四分点集中力加载研究深梁的抗剪性能。结果表明:随着纤维特征参数的增大,构件破坏形态出现由斜压破坏向剪压破坏转变的趋势;与普通混凝土深梁相比,相同荷载作用下,玄武岩纤维混凝土深梁跨中挠度和裂缝宽度均随着纤维特征参数的增大而减小;构件剪切开裂承载力和抗剪极限承载力随着纤维特征参数的增大均有所提高。在考虑玄武岩纤维增强作用的基础上,参照GB 50010—2015规范对玄武岩纤维混凝土深梁抗剪极限承载力进行计算,实测值与计算值基本吻合。     

钢纤维对钢筋混凝土梁弯曲韧性与疲劳损伤的影响

通过钢筋混凝土梁弯曲静载和等幅疲劳试验,研究了钢纤维对钢筋混凝土梁挠度、弯曲韧度、刚度以及刚度损伤累积的影响.结果表明:在弯曲静载试验中,梁的挠度随着钢纤维体积率的增加而逐渐减小,弯曲韧度逐渐增大;在疲劳试验中,各梁挠度增长和刚度损伤累积随着荷载循环次数增加均呈现三阶段变化规律,说明钢纤维掺入不会改变钢筋混凝土梁疲劳损伤发展规律,但会改变梁挠度和刚度的大小,随着纤维掺量增加,梁的挠度逐渐减小,刚度逐渐增加,抵抗变形能力增强.     

基于分形理论和扩展有限元法的钢纤维混凝土损伤破坏机理

为研究钢纤维混凝土损伤破坏过程和裂纹发展演化机理,基于分形理论和扩展有限元法,建立钢纤维混凝土立方体抗拉试验细观有限元模型和切口梁三点弯曲试验有限元模型,以相关试验测试结果为基础,比较验证了所建有限元分析模型的可靠性。以裂纹分形维数表征钢纤维混凝土损伤演化过程,考察不同钢纤维体积掺量和长度、粗骨料形状等重要因素对钢纤维混凝土损伤演化过程的影响。结果表明,基于裂纹分形维数的损伤值可以较好地反映钢纤维混凝土的损伤演化过程及特征,钢纤维体积掺量、长度的增加和骨料形状的不规则化会延缓钢纤维混凝土立方体试件的损伤演化过程,钢纤维体积掺量、初始裂纹距跨中距离的增加和初始裂纹缝高比的减小可在较小程度上延缓钢纤维混凝土切口梁的损伤演化过程。     

玄武岩纤维钢筋混凝土梁弯曲性能试验研究

通过玄武岩纤维钢筋混凝土梁四点弯曲试验,分析其破坏形态和破坏机理.通过四点对称加载方式研究不同玄武岩纤维掺量下梁的承载力、挠度、韧性、混凝土应变、钢筋应变等变化规律.试验结果表明:玄武岩纤维掺入对钢筋混凝土梁的开裂荷载和极限荷载都有一定的提高,开裂荷载最大提高幅度为32％,极限荷载最大提高幅度为6.5％.与普通钢筋混凝土梁相比玄武岩纤维钢筋混凝土梁的挠度、韧性均有所提高.玄武岩纤维对梁的受压区混凝土具有阻止裂缝扩展的能力,当梁上部受压区混凝土被压碎时,混凝土碎块会在纤维的桥接作用下不剥落,梁仍保持较好的整体性.     

玄武岩纤维筋全再生混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

通过4根玄武岩纤维筋与4根钢筋再生混凝土无腹筋梁的受剪试验,研究采用100%粗骨料取代率的再生混凝土梁的裂缝开展、破坏等情况;分析不同纵筋类型下,剪跨比、纵向配筋率和混凝土抗压强度对梁开裂荷载、极限承载力和跨中挠度变化的影响。比较中国规范(GB 50608—2010)、美国规范(ACI 440.1R-06)、加拿大规范(CSA.S 806-12)中规定的计算方法对玄武岩纤维筋再生混凝土梁受剪承载力的适用性。研究结果表明:钢筋再生混凝土梁的受力性能类似于传统的钢筋混凝土梁,而玄武岩纤维筋再生混凝土梁在荷载作用下,裂缝扩展较快且宽度更大;中国规范(GB 50608—2010)对试验梁抗剪承载力的计算值过于保守,美国规范(ACI 440.1R-06)最为接近,加拿大规范(CSA.S 806-12)次之。     

内埋碳纤维砂浆调节混凝土梁承载能力的试验研究

基于碳纤维水泥基材料的电热效应,通过内埋碳纤维砂浆块对普通混凝土梁进行变形调节,获得了相应的温度-变形规律.在此基础上实施了对混凝土梁预加反向变形,使混凝土梁内部产生预应力,从而提高了混凝土梁达到相同挠度时的承载能力.     

基于孔结构分形的混杂纤维混凝土抗冻性能研究

为研究粉煤灰掺量对钢-聚丙烯纤维混凝土抗冻性能的影响,设计并制备6种粉煤灰替代率的混杂纤维混凝土,对其进行冻融循环及盐冻循环试验,测试其质量损失、相对动弹模量及弯曲韧性。基于热力学模型计算冻融前后混凝土孔结构分形维数,建立分形维数与混凝土弯曲韧性之间的关系。结果表明:当粉煤灰质量掺量为5%~15%时,随粉煤灰掺量增多,混杂纤维混凝土的抗冻性能明显提升;继续增加粉煤灰掺量至20%,混杂纤维混凝土的弯曲韧性开始降低。混杂纤维混凝土内部孔具有明显的分形特征,分形维数与无害、少害孔总孔隙占比及多害孔孔隙占比均有良好的线性相关性。同时,混杂纤维混凝土孔分形维数与峰值荷载、能量吸收值呈正相关,分形维数越大,混凝土所能承受的峰值荷载越高、能量吸收值越大。     

不同加固方式对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

以我国某条高速公路的改扩建工程中的预应力钢筋混凝土梁为原型,通过缩尺模型,设计了3根试验梁,主要研究了CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法对桥梁结构弯曲性能的影响,分析了试验梁极限承载力的变化,梁体的挠度,混凝土、钢筋及加固材料的应变,裂缝数量及发展情况等.试验结果显示:CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法均能有效提高梁体的承载能力;CFRP布加固法通过分散受拉区混凝土所受的拉应力,限制混凝土裂缝的发展;预应力钢绞线加固法约束梁体弯曲变形的效果非常明显,可以有效减小梁体的挠度.