锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法

目前对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的研究主要考虑锈蚀程度的影响,忽视了构件本身参数不同对承载力退化的影响,导致不同学者提出的锈蚀钢筋与混凝土的协同工作系数差异较大。为合理评估既有锈蚀钢筋混凝土梁的剩余承载力,首先对锈后无黏结钢筋混凝土受弯构件进行模拟试验与有限元分析,系统分析严重锈蚀混凝土构件钢筋应力水平的主要影响因素,发现截面配筋指标可综合反映混凝土强度和截面配筋率对受拉钢筋应力水平的影响,并确定基于截面配筋指标的锈后无黏结混凝土梁受拉钢筋强度利用系数;对一般锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的退化机理进行深入分析,综合考虑钢筋锈蚀程度和截面配筋指标的影响,建立一般锈蚀混凝土梁钢筋强度利用系数计算公式;提出概念明确、通用性强的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法;与大量的试验结果进行对比验证,计算方法的吻合性较好。     

钢筋钢纤维混凝土梁疲劳全过程分析及寿命预测

为研究钢筋钢纤维混凝土梁的疲劳损伤演化过程,并对其疲劳寿命进行预测,依据钢筋钢纤维混凝土梁疲劳试验结果,基于梁受压和受拉区钢纤维混凝土以及受拉钢筋的疲劳损伤演化特性,采用分段线性方法,建立钢筋钢纤维混凝土梁疲劳全过程分析及寿命预测模型,并与试验结果对比进行验证。采用该模型分析钢纤维混凝土梁的混凝土、钢筋应变以及受拉钢筋截面面积随疲劳循环次数的退化规律,得到不同疲劳循环次数后试验梁的剩余承载力。结果表明：钢纤维能够显著提高梁的疲劳性能,试验梁的受拉钢筋截面面积随疲劳循环次数增加呈两阶段减小趋势,而受压区混凝土和受拉钢筋的应变以及梁剩余承载力呈三阶段发展模式,42根钢筋钢纤维混凝土梁的试验疲劳寿命与预测疲劳寿命比值的均值为0.953,变异系数为0.284,整体符合较好。     

钢筋桁架超高性能混凝土叠合板受弯性能试验研究

通过2块钢筋桁架超高性能混凝土(UHPC)叠合板和1块UHPC整浇板的对比试验,分析钢筋桁架对UHPC叠合板的挠度、裂缝、混凝土应变等抗弯性能的影响;探讨钢筋桁架UHPC叠合板的二次受力效应。研究表明:钢筋桁架UHPC叠合板的受弯性能优于普通混凝土叠合板,截面应变基本符合平截面假定,延性较好,且二次受力现象并不明显;钢筋桁架可以有效地提升叠合板的整体抗弯承载力,减弱受拉钢筋的"应力超前"现象和受压混凝土"应变滞后"现象;取混凝土等效抗拉影响系数k_3为0. 35,建立钢筋桁架UHPC叠合板受弯正截面承载力计算式,其计算值与试验数据吻合较好。     

钢筋超高性能混凝土梁受剪性能细观分析

为了研究钢筋超高性能混凝土(UHPC)梁的受剪破坏机理，对8根UHPC梁进行了受剪性能试验，设计变量包括钢纤维掺量、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距。结果表明：钢纤维桥接作用能够显著提高UHPC梁受剪承载力，限制裂缝发展，减小裂缝间距；随着剪跨比增大，受剪承载力减小但变形能力增强；随着配箍率增大，受剪承载力提高，且增设箍筋能够显著改善UHPC梁峰值荷载后的受剪性能，减小斜裂缝宽度和长度；掺入钢纤维和增设箍筋均能够减小斜向变形(垂直于支座与加载点连线方向的混凝土变形),提高UHPC梁开裂后刚度。结合UHPC梁剪切受力特点，分别确定了临界剪切裂缝界面钢纤维、纵筋销栓作用、剪压区混凝土和箍筋等对受剪承载力的贡献，建立了UHPC梁细观多参数受剪承载力计算式。采用该计算式与5种常用计算式对收集的102根UHPC梁受剪承载力进行预测，发现采用细观多参数受剪承载力计算式的预测值与试验结果吻合较好，进而分析了常用设计参数对受剪承载力的影响规律，发现当剪跨比增大时，剪压区混凝土的受剪承载力会显著减小；纵筋销栓作用和临界剪切裂缝界面钢纤维的受剪承载力均随纤维特征值的增大而提高。     

#br# 大比例预应力UHPC-T形梁抗弯性能试验研究

为研究预应力UHPC梁的力学性能及结构设计方法,进行了一片大尺寸T梁的弯曲试验,获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要结果。利用现有研究成果,考虑UHPC材料的受拉性能影响,给出了修正的受拉应力-应变关系曲线,建议了极限状态下截面应力应变分布模式,由此改进了开裂荷载和极限承载能力的计算方法,并获得了相应结果。分析结果很好地预测了试验梁的荷载-位移曲线及极限承载力大小;基于平截面假定,考虑UHPC材料的非线性性能,编制了UHPC梁全过程非线性分析程序,理论分析和程序计算的结果与试验结果吻合良好。以此为基础,进而分析了预应力配筋率及张拉应力大小,以及高跨比对结构抗弯承载能力的影响规律,为UHPC梁的应用提供参考。结果表明：预应力UHPC梁具有良好的延性和变形性能,其开裂弯矩可按我国桥规公式计算,并宜考虑UHPC的受拉塑性;UHPC的受拉性能对其抗弯承载能力有贡献、但不大;适当增加预应力筋面积,可充分利用UHPC的超高抗压强度,并能有效提高UHPC梁的开裂弯矩、极限承载能力大小。     

大比例预应力UHPC-T形梁抗弯性能试验研究

为研究预应力UHPC梁的力学性能及结构设计方法,进行了一片大尺寸T梁的弯曲试验,获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要结果。利用现有研究成果,考虑UHPC材料的受拉性能影响,给出了修正的受拉应力-应变关系曲线,建议了极限状态下截面应力应变分布模式,由此改进了开裂荷载和极限承载能力的计算方法,并获得了相应结果。分析结果很好地预测了试验梁的荷载-位移曲线及极限承载力大小;基于平截面假定,考虑UHPC材料的非线性性能,编制了UHPC梁全过程非线性分析程序,理论分析和程序计算的结果与试验结果吻合良好。以此为基础,进而分析了预应力配筋率及张拉应力大小,以及高跨比对结构抗弯承载能力的影响规律,为UHPC梁的应用提供参考。结果表明:预应力UHPC梁具有良好的延性和变形性能,其开裂弯矩可按我国桥规公式计算,并宜考虑UHPC的受拉塑性;UHPC的受拉性能对其抗弯承载能力有贡献、但不大;适当增加预应力筋面积,可充分利用UHPC的超高抗压强度,并能有效提高UHPC梁的开裂弯矩、极限承载能力大小。     

免拆超高性能混凝土模板钢筋混凝土梁的受力性能及短期刚度研究

通过4根采用免拆超高性能混凝土(UHPC)模板的钢筋混凝土(RC)梁与2根RC梁的对比试验，研究UHPC模板与后浇混凝土界面的黏结性能、保护层厚度对免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力的影响，结果表明：达到峰值荷载时，经过拉毛处理的预制UHPC模板与后浇混凝土界面未出现滑移；峰值荷载后至受拉钢筋达到其极限拉应变时，预制UHPC模板与后浇混凝土界面出现轻微剥离；保护层厚度为10mm的免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力略高于保护层厚度为20mm的梁；但在峰值荷载后，前者较后者的底部模板与后浇混凝土界面处较早地出现沿界面滑移；综合考虑，建议该类梁的保护层厚度取20mm较为合理。采用有效惯性矩法，基于平截面假定，建立了免拆UHPC模板RC梁的截面开裂弯矩和抗弯刚度计算式，计算值与试验值吻合较好。     

超高性能混凝土节段预制拼接梁受弯性能试验研究

为研究预应力超高性能混凝土(UHPC)拼装梁的受弯性能,完成了5片试验梁,研究参数主要为有、无拼接缝,键齿类型及预压应力。获取了试验梁的破坏模式、受拉区钢绞线应力增量、荷载-挠度曲线及应变分布规律。试验发现:试验梁均呈现典型的弯曲破坏,受压区UHPC均压碎,破坏时受压边缘的最大压应变可达7.2×10-3以上,无论是否设置拼接缝应变沿截面高度的分布规律基本满足平截面假定;与整浇梁裂缝不同,拼接梁的弯曲裂缝主要集中在拼接缝位置; UHPC试验梁均具有较好的延性,且拼接梁的延性优于整浇梁;预压应力会影响试验梁的开裂荷载,但对极限荷载的影响较小; UHPC拼装梁比同条件下整浇梁的抗弯承载能力低9%～15%,接缝构造对抗弯承载能力也有一定影响,多齿构件承载力比同条件下单齿构件的低4.5%,平齿构件承载力比多齿构件的低5.7%。基于试验分析发现美国国家公路交通管理学会AASHTO标准节段梁设计提出的接缝折减系数基本适合UHPC节段拼装梁,但折减系数还应与键齿类型有关。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算

针对目前锈蚀钢筋混凝土构件的研究仅考虑钢筋锈蚀程度的影响,而忽略了在相同锈蚀程度下构件其他参数对承载力退化的影响,导致现有计算模型参数相差较大的问题,对现有锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法进行了对比分析。基于无粘结钢筋混凝土梁的研究成果,分析钢筋锈蚀程度、截面配筋率对锈蚀损伤构件的承载力退化产生的影响,综合考虑锈蚀构件截面配筋指标以反映不同构件参数对其产生的影响及无粘结梁钢筋强度利用系数的计算公式,建立了一般锈蚀钢筋混凝土梁受拉钢筋强度利用系数的计算公式。经试验验证,数据吻合很好,其结果有益于完善和发展锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算方法。     

基于细观本构模型的UHPC梁受弯全过程分析

为预测超高性能混凝土(UHPC)残余抗拉强度,通过细观力学分析,研究了纤维对UHPC残余抗拉强度贡献机理,提出了考虑纤维埋深、分布和取向的UHPC细观本构模型。基于UHPC细观本构、受力平衡方程和变形协调条件,建立了UHPC梁受弯分析模型和受弯承载力理论计算方法。经与8个UHPC梁试件受弯试验结果对比发现,文中提出的模型可以较好地预测UHPC梁受弯全过程响应和受弯承载力。基于基准试验梁的不同作用机制受弯贡献比例分析发现,纵筋配筋率从0增至2.5%时,受拉区混凝土对受弯承载力贡献从89.6%降至2.4%;纤维率从0增至3%时,受拉区混凝土对受弯承载力贡献从0增至22.1%。计算结果表明,对于低配筋UHPC结构,混凝土抗拉贡献应予以考虑。     

钢板-超高性能混凝土梁有限元分析研究

为了研究钢板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,在钢板-UHPC-T组合梁方案下,以钢板厚度、钢板强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变为参数,利用ABAQUS软件进行了有限元分析。结果表明:钢板厚度和钢板强度等级的改变对组合梁抗弯承载力的提高作用较为明显;UHPC抗拉强度的提高可以适当提高开裂荷载;UHPC极限拉应变的增加可适当提高梁体的延性。     

钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算方法研究

为建立钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度计算方法,对6根钢筋UHPC梁进行四点抗弯试验,分析试验梁的裂缝发展过程和分布规律,以此为基础评估了现有规范公式计算钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度的适用性,给出考虑UHPC抗拉贡献的钢筋UHPC受弯构件的钢筋应力计算方法和裂缝宽度建议计算公式,并通过国内16根钢筋UHPC梁的97组有效裂缝宽度试验结果对给出的裂缝宽度建议公式的适用性进行验证。研究结果表明：①UHPC梁表面裂缝宽度小于0.25mm时,裂缝宽度基本呈线性规律扩展,裂缝数量不断增加,裂缝间距逐渐减小;裂缝宽度超过0.25mm后,裂缝宽度迅速扩展并形成主裂缝,裂缝数量基本不变,裂缝间距趋于稳定,裂缝分布密而细,呈现出多元开裂现象。②直接采用GB 5010-2010规范和CECS 38-2004规范的裂缝宽度公式计算钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度误差较大。③基于UHPC材料特性,提出考虑UHPC抗拉作用的钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力计算方法,可较好地预测钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力。④结合试验数据和分析,对GB 50010-2010规范中平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数、构件受力特征系数进行修正,给出钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算公式,修正后的建议公式计算值与文章试验值吻合良好,且与法国UHPC规范公式预测结果相比离散性更小。⑤建议公式的裂缝宽度计算值与收集的裂缝宽度试验数据库的试验值之比的平均值为0.99,标准差为0.19,表明建议公式适用性良好,可为UHPC结构设计规范的编制提供参考。     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通钢筋混凝土梁的锈蚀特征与承载力的差异性及其主要原因加以分析。结果表明：相比普通碳素钢,不锈钢钢筋锈后形态更倾向于坑蚀,因而在相同的质量锈蚀率下,不锈钢钢筋混凝土梁承载力退化更为严重;不锈钢中铁元素含量较低,在相同的锈蚀时间下不锈钢锈蚀产物膨胀率较小,使得不锈钢钢筋混凝土构件的锈胀裂缝发展较为缓慢;由于锈胀裂缝的存在,受拉混凝土极易大块剥落,裂缝发展迅速;影响不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力的最主要因素是主裂缝附近区域内的不锈钢钢筋局部锈蚀率。不考虑不锈钢钢筋的非线性强化,基于锈蚀钢筋名义强度和平截面假定得到了不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载能力计算模型,采用该模型得到的计算值与试验结果吻合较好,模型可以很好地反映锈损梁的受弯性能退化规律。     

预应力UHPC梁弯曲性能分析与合理设计

为研究预应力超高性能混凝土（UHPC）梁的基本受力性能和合理设计方法,完成了一片大比例预应力UHPC T形梁的弯曲全过程加载试验;基于混凝土损伤塑性（CDP）模型建立预应力UHPC梁的非线性有限元模型,对试验过程进行了细致模拟,将分析结果与试验结果进行对比;以仿真模型为基础深入研究了预应力筋数量、张拉应力、UHPC材料抗压和抗拉强度等参数对UHPC梁弯曲性能的影响规律;提出了UHPC梁的预应力配筋率计算公式,并建议了其合理范围,初步探讨了UHPC梁的合理设计方法。结果表明:基于CDP模型的有限元模型能较好模拟预应力UHPC梁的弯曲受力性能,分析结果与试验结果吻合良好;提高预应力能有效提高构件承载力,但延性降低;提高UHPC材料的抗压强度对构件弹性阶段和开裂阶段受力性能影响不大,但能有效提高构件延性,提高抗拉强度能有效提高构件的抗裂性能和延性,并使极限承载力有所提高。     

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。     

Flexural strengthening of RC beams using distributed prestressed high strength steel wire rope: theoretical analysis

Various strengthening techniques for structural elements using different materials have been investigated. Recently, a new, reliable and cost-effective strengthening technique with distributed prestressed high strength steel wire rope (P-SWR technique) was proposed. This paper mainly focuses on theoretical analysis of the flexural behaviour of reinforced concrete (RC) beams strengthened with the P-SWR strengthening technique. First, mechanical properties of steel wire rope such as ultimate strength, ultimate tensile strain and relaxation were tested. Second, an evaluation method, including the prediction of cracking load and flexural capacity of RC beams strengthened with P-SWR, was proposed. Third, prestressed level of P-SWR, ratio of reinforcement, and bond strength of P-SWR and concrete responsible for short-term cross-sectional stiffness were studied and associated calculation equations are suggested. Finally, according to parametric studies, an entire evaluation system, including a modified Rao & Dilger code calculation method and hypothetical tension method, as well as a simplified method for predicting the maximum crack width, is proposed. All of these analytical procedures are based on experimental studies. A great similarity between the experimental and analytic results suggests that the proposed methods are highly accurate.     

双面钢板钢筋混凝土梁界限破坏弯矩理论计算分析

为了给双面钢板钢筋混凝土梁合理配筋和抗弯承载力设计计算提供理论依据和参考,基于梁的平截面假定,并忽略受拉区混凝土抗拉强度作用,提出了双面钢板钢筋混凝土梁抗弯承载力的理论分析方法。分析了梁界限破坏时梁截面压区混凝土与拉区钢板受力和破坏状态;推导了界限破坏时的配筋理论计算公式和弯矩理论计算公式。