钢筋增强ECC-混凝土复合梁受弯性能试验研究

为研究ECC对钢筋混凝土梁受弯性能的改善,对2组不同配筋率的5种不同ECC替代高度率的钢筋增强ECC-混凝土复合梁进行了静力受弯性能试验。测试了试件的开裂荷载,裂缝的开展,各级荷载下的应变,以及试件的极限荷载,验证了平截面假定。研究表明,ECC增强钢筋混凝土复合梁的抗弯承载力高于同配筋率的钢筋混凝土梁,且梁的裂缝细密;当钢筋屈服时,复合梁的裂缝宽度均小于规范的限值;钢筋与ECC、ECC与混凝土黏结良好,可以协调变形,作为整体共同工作。     

复合配筋增强工程水泥基复合材料梁受弯性能试验研究

为了研究不同筋材增强工程水泥基复合材料（ECC）受弯构件的力学性能,设计并制作6个几何尺寸相同的试验梁,包括形状记忆合金（SMA）增强ECC（SMA-ECC）梁、GFRP增强ECC（GFRP-ECC）梁、钢绞线增强ECC（SS-ECC）梁、SMA/GFRP增强ECC（SMA/GFRP-ECC）梁、钢筋增强ECC（R-ECC）梁和普通钢筋混凝土（RC）对比梁。通过低周单向循环加载试验,研究相同加载条件下相同配筋率的各试验梁的破坏过程、承载能力、耗能能力、位移延性、残余变形和自复位性能,考察SMA/GFRP-ECC梁的力学性能。结果表明：与普通钢筋混凝土梁相比,复合配筋增强ECC梁在加载过程中呈现出明显的多缝开裂特征,具有更好的延性;与采用其他筋材的复合配筋增强ECC梁相比,SMA/GFRP可以使梁兼具大承载力、高耗能以及自复位能力;SMA/GFRP-ECC梁具有较高承载力、延性以及损伤自修复、位移自复位能力。     

盾构混凝土管片抗弯性能模拟试验研究

采用4根C50对称倾角钢筋混凝土梁受弯试件,模拟研究了盾构混凝土管片受弯性能、破坏形态、裂缝形成规律及变形特点,并与现行规范中承载力和挠度等计算结果进行了比较分析。结果表明:现行规范对对称倾角钢筋混凝土梁有较好的适用性,对称倾角钢筋混凝土梁的受力破坏形式与普通适筋梁相似,受力阶段都包括了弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段。对于不同配筋率的对称倾角钢筋混凝土梁,配筋率为1.54%的梁比配筋率为1.13%的梁破坏时纯弯区裂缝的数量密集,而裂缝的长度和宽度小。在受压钢筋不变,受拉筋的配筋率提升36%时试件的极限承载力提升5.1%,试件达到极限承载力时的试件挠度提高了18.8%,说明在合理的范围内提高对称倾角钢筋混凝土梁的配筋率可以提高梁的极限承载力和延性,从而提高结构的安全性。对称倾角钢筋混凝土梁能较合理的模拟盾构混凝土管片抗弯性能。     

废玻璃粉钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

通过试验对5根废玻璃粉钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁的抗弯性能进行对比,研究了废玻璃粉钢筋混凝土梁的破坏形态、极限承载力和变形,在不同废玻璃粉掺量和配筋率情况下,分析了废玻璃粉钢筋混凝土梁与普通钢筋混凝土梁的开裂荷载、正截面承载力、跨中挠度和最大裂缝宽度的异同,并通过试验结果验证了规范相应公式的适用性。结果表明:各试件具有相似的破坏形态;随着废玻璃粉掺量的增加,试件的极限承载力略微降低,跨中挠度略有增加;随着配筋率的增大,试件的极限承载力显著增加,跨中挠度显著减小。《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中极限承载力和最大裂缝宽度计算公式适用于废玻璃粉钢筋混凝土梁,但挠度公式需要乘以1.38才能适用于废玻璃粉钢筋混凝土梁。     

GFRP筋增强ECC梁的抗弯性能研究

利用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋取代钢筋作为混凝土结构增强筋可以有效解决侵蚀环境下钢筋锈蚀问题,但存在着延性不足的问题,结构常常呈脆性破坏。研究了GFRP筋高韧性水泥基复合材料(ECC)梁的抗弯性能,并与GFRP筋普通混凝土梁和钢筋混凝土梁进行对比,结果显示GFRP筋ECC梁在抗弯承载力和延性方面均优于GFRP筋普通混凝土梁,并且GFRP筋ECC梁具有类似于钢筋混凝土的塑性破坏特征,不同于GFRP筋普通混凝土梁的脆性破坏。GFRP筋与ECC具有良好的协同工作能力,并且两者均具有优异的耐久性能,因此在海洋工程、冬季撒除冰盐的公路与桥梁工程等领域具有广阔的前景。     

碳纤维布加固玄武岩纤维复材筋工程用水泥基复合材料混凝土梁的受弯性能

设计制作了三组不同层数的碳纤维布(CFS)加固受弯构件,分别为玄武岩纤维复材(BFRP)筋混凝土梁、BFRP筋工程用水泥基复合材料(ECC)梁和BFRP筋ECC-混凝土复合梁,并对其进行受弯性能试验研究。研究了碳纤维布粘贴层数对加固试件极限荷载、破坏形态、裂缝和变形的影响。结果表明:相同荷载下,复合梁和ECC梁试件的变形和裂缝宽度均小于普通混凝土梁试件。在受弯构件受拉区配置ECC可有效提高构件抵抗变形和裂缝的能力。经粘贴碳纤维布加固后的试件的开裂荷载和极限荷载均大于未加固试件,粘贴一、二、三层CFS加固的复合梁极限荷载较未加固梁分别增加了12. 5%、16. 6%、19. 7%。粘贴CFS布可有效提高构件的承载力和抵抗变形、裂缝的能力。改善效果随CFS粘贴层数的增加而增大,但提升幅度逐渐减小。     

配置纤维复材筋和普通钢筋的水泥基复材-混凝土组合梁抗弯性能研究

为了研究配置纤维增强复合材料(FRP)筋和普通钢筋的工程用水泥复合材料(ECC)-混凝土组合梁的抗弯性能,通过四点加载试验测试了具有不同ECC高度替换率的32根混合配置FRP筋和普通钢筋的组合梁弯曲破坏。试验结果表明,由于ECC中纤维材料具有出色的抗拉性能,与具有相同配筋的普通混凝土梁相比,混合梁和ECC梁的开裂、屈服、极限弯矩和刚度都得到了改善,平均裂纹间距和宽度随着ECC高度替换率的增加而减小。尽管传统普通混凝土梁与混合增强复合材料梁的配筋率基本相同,但是混合增强复合材料梁的延性高于普通混凝土梁,配筋的ECC梁由于其出色的变形能力而具有很好的能量消散能力。     

FRP筋与HRB筋混合配筋混凝土梁变形及延性性能试验研究

为了研究FRP筋与普通钢筋(HRB筋)混合配筋混凝土梁变形及延性性能,选用GFRP和BFRP筋材,设计制作了8根混合配筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁,分析了试验梁裂缝以及挠度的变化情况,探讨了混合配筋混凝土梁截面延性系数的计算方法。结果表明:混合配筋混凝土梁裂缝开展机理与钢筋混凝土梁基本相同,相同荷载水平作用下挠度比钢筋混凝土梁增大约20%~90%;延性系数随着配筋率的增大和FRP筋与钢筋面积比的增大而减小,建议混合配筋混凝土梁满足延性要求时配筋率为0.8%~1.26%,FRP筋与钢筋面积比小于1.28。     

纤维增强复材筋增强工程用水泥基复合材料-混凝土复合梁受弯性能试验研究

为解决纤维增强复材(FRP)筋混凝土梁裂缝宽度和变形均较大的问题,采用受拉性能优良的工程用水泥基复合材料(ECC)取代FRP筋周围受拉混凝土形成FRP筋ECC-混凝土复合梁。通过对2组FRP筋ECC-混凝土复合梁、1组钢筋ECC-混凝土复合梁(每组5种不同ECC替代高度)的受弯试验,分析试件的开裂、屈服、极限荷载以及各级荷载下试件的挠度、裂缝、纵筋应变、混凝土平均应变。研究表明:钢筋/FRP筋与混凝土/ECC有较好的协同变形能力,ECC与混凝土也有较好的黏结性能;复合梁截面的平均应变均符合平截面假定;复合梁在正常使用状态下,受拉区ECC能充分发挥其应变硬化特性,形成较多细而密的裂缝;FRP筋ECC-混凝土复合梁可有效控制梁的变形值,提高梁的抗弯承载能力。     

超高强钢筋ECC梁受弯性能试验及承载力分析

为进一步研究工程用水泥基复合材料(ECC)与超高强钢筋组合成的超高强钢筋ECC梁(UHSRRE梁)的受弯性能,对3根UHSRRE梁、1根普通强度钢筋增强ECC梁(RECC梁)和1根普通强度钢筋增强混凝土梁(RC梁)进行弯曲试验,分析弯曲试验现象、ECC应变、延性性能和特征弯矩,并研究纵筋配筋率对UHSRRE梁承载力的影响。结果表明:UHSRRE梁和RECC梁的控裂能力比RC梁的控裂能力强; 与RECC梁相比,UHSRRE梁并未因采用超高强钢筋而使其控裂能力明显下降; UHSRRE梁截面应变基本符合平均应变的平截面假定,梁受拉区边缘的ECC应变小于ECC单轴受拉极限应变,梁受拉区的ECC始终不退出工作; UHSRRE梁受拉区和受压区边缘ECC应变的最大值、受压区高度和特征弯矩(除开裂弯矩)都随纵筋配筋率增加而变大; 随纵筋配筋率增加,UHSRRE梁的能量延性系数先增后减; 当UHSRRE梁具有适当纵筋配筋率时,其延性性能可优于RECC梁的延性性能。     

ECC长柱试验研究

进行了6根PP ECC和1根混凝土柱的轴压试验研究,分析不同长细比、龄期、配筋率等参数对柱子的破坏形态、变形特点和力学性能的影响。结果表明:在试验参数范围内,轴压长柱的承载力随着长细比的增加缓慢下降;PP ECC柱的破坏形态与普通混凝土明显不同。极限状态时,PP ECC的裂纹宽度控制在0.05mm以内,并且未出现PP ECC的压溃崩碎现象。在本试验的配筋率参数范围内,PP ECC的承载力随着配筋率的增加而增加,但延性呈缓慢下降趋势。随着龄期的增长,PP ECC延性有所下降,承载力虽然呈上升趋势,但变化不明显。     

FRP筋增强PPECC梁滞回性能试验研究

地震来临时释放大量的能量,结构也受到往复载荷并发生严重破坏。事实上,结构倒塌现象不应该发生,从而使其在地震后的修复经济上可行。本文进行了5根FRP筋增强PPECC梁及1根FRP筋混凝土梁的滞回性能试验研究。养护龄期、配筋率及纤维掺量是试验中主要的控制参数。试验结果表明,由于PP纤维的作用,试件在达到极限承载力时会出现多重饱和裂纹破坏形态但不会被压碎,部分试件中出现FRP筋滑移现象。PPECC梁有与普通混凝土梁明显不同的破坏形态。随着配筋率和龄期的增加,极限承载力提高而延性下降。试验结果证实,PPECC明显地提高了构件或结构的抗震能力。     

BFRP筋钢纤维部分增强再生混凝土梁抗弯性能研究

设计了7根BFRP筋钢纤维再生混凝土梁,研究了钢纤维体积掺量(vsf)和钢纤维混凝土层厚度(hsf)对试验梁抗弯性能的影响,分析了各试验梁受弯破坏模式、承载力变化、裂缝发展及挠度变形。试验结果表明:钢纤维体积掺量和钢纤维混凝土层厚度均对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁受弯承载力具有一定的影响。随着钢纤维体积掺量的提高,BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的开裂荷载和极限荷载均有一定程度的增加,但并非线性增长。同时,发现在混凝土受拉区掺入钢纤维可有效降低BFRP筋钢纤维再生混凝土梁的挠度,抑制裂缝的发展;且随着钢纤维再生混凝土层厚度的增加,试验梁的极限承载力逐渐增加,当刚纤维掺量为1%,截面高度为全截面高度的0.6倍时,梁受弯承载力为全截面钢纤维再生混凝土梁的91.5%。     

混杂纤维HPC深梁受剪承载力计算方法

采用正交试验法设计钢聚丙烯混杂纤维高性能混凝土(简称HPC)深梁试件,通过静力试验研究混杂纤维HPC深梁受剪承载力计算方法。正交试验中考虑的因素主要有钢纤维特征参数(类型、体积率、长径比)、聚丙烯纤维体积率、水平及竖向分布钢筋配筋率等。结果表明:混杂纤维能改变无腹筋HPC深梁的受剪破坏形态;混杂纤维的掺入使得HPC深梁的剪切初裂强度和抗剪极限强度明显提高,其平均提高幅度分别为45.2%和25.6%。将塑性理论应用于混杂纤维HPC深梁受剪承载力计算得到了很好的结果,分析表明水平及竖向分布钢筋配筋率的大小对混杂纤维HPC深梁抗剪强度的影响不显著,但水平分布钢筋的作用大于竖向分布钢筋。分析了混杂纤维的增强机理,提出了基于"拉杆拱"模型和劈裂破坏计算模式的混杂纤维HPC深梁受剪承载力计算式。     

受火后钢筋RPC简支梁受力性能试验研究

为了研究受火后活性粉末混凝土(RPC)构件的力学行为及其变形性能,完成5根受火后钢筋RPC简支梁受弯试验,获得了梁的正截面剩余承载力、荷载 跨中位移曲线及裂缝发展规律,考察了配筋率、荷载水平、受火时间等因素对受火后钢筋RPC简支梁受力性能的影响,并将试验结果与常温下受力性能进行对比分析。结果表明：配筋率为220%~5.13%、受火时间135min时,受火后钢筋RPC简支梁均保持为适筋破坏,且配筋率越大,剩余承载力越高,荷载水平越高、受火时间越长,剩余承载力越低;通过简化计算模型得到受火后钢筋RPC简支梁正截面剩余承载力计算值,与试验值吻合较好;受火后配筋率不低于3.94%的各试验梁剩余承载力与常温下相比降低了10%左右,钢筋RPC简支梁受明火作用后的承载力损失较小。     

玄武岩纤维筋海水海砂混凝土梁承载性能及使用性能影响因素研究

为提升玄武岩纤维(BFRP)筋海水海砂混凝土梁的承载性能和使用性能,提出采用纤维编织网增强水泥基复合材料(textile reinforced ECC,TRE)复合层替代受拉区部分混凝土来限制裂缝和挠度发展.研究参数包括配筋率、截面高度、筋材直径和TRE复合层.结果表明:增大配筋率(或轴向刚度)和截面高度可提高承载力、...     

基于STM理论钢纤维混凝土深受弯构件裂缝宽度试验研究

通过7根钢纤维混凝土深受弯构件的弯曲性能试验,分析了钢纤维掺量及配筋率对深受弯构件跨中截面混凝土应变、纵筋应变、破坏形态及裂缝宽度的影响。基于STM理论量化钢纤维、钢筋以及混凝土三者在受力过程中的组合作用,提出了适用于钢纤维混凝土深梁最大裂缝宽度的理论计算式,并与实测结果进行比对分析。研究结果表明:较普通深受弯构件而言,钢纤维混凝土深受弯梁的开裂荷载增幅11%~20%,极限荷载提高10%~16%,提高配筋率,开裂荷载提高约22%,极限荷载提高20%~31%;提高配筋率或钢纤维掺量,均可使试件破坏模式由正截面破坏向斜截面破坏转变;钢纤维掺加50、78 kg/m^3后,裂缝宽度可减少13%~29%;试件配筋率提高0.142%,裂缝宽度减少33%;推导出的理论计算式计算得到的最大裂缝宽度与实测值吻合。     

钢梁-方钢管钢骨聚丙烯纤维增强水泥基复合材料柱节点的静力有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS,对钢梁-方钢管内置C60混凝土和聚丙烯纤维增强水泥基复合材料(PP ECC)梁柱节点进行了三维非线性有限元分析。分析结果表明:由于PP ECC的作用,钢梁-方钢管钢骨PP ECC梁柱节点的极限承载力远大于钢梁-方钢管钢骨混凝土梁柱节点的极限承载力,充分体现出PP ECC具有良好的刚度及承载力。PP ECC比混凝土能更好地与钢管、钢骨进行协同工作,更能充分发挥钢管、钢骨的受力性能。     

型钢-钢纤维混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为解决型钢混凝土结构中型钢与钢筋相互干扰、混凝土浇筑困难等施工难题,将型钢混凝土梁中的钢筋笼完全或部分替换成钢纤维,形成型钢–钢纤维混凝土组合梁。完成12个型钢钢纤维混凝土组合梁和1个未添加钢纤维、未设置钢筋笼对比试件的抗弯性能试验。主要研究钢纤维掺量、型钢配钢率、箍筋设置和主筋设置对抗弯性能的影响。增加钢纤维用量能够在一定程度上提高承载力,其影响程度与型钢配钢率有重要的相关性,型钢配钢率越大,钢纤维的影响越突出。纵筋的设置能够大幅提升承载力,箍筋和钢纤维能够使纵筋对承载力的增强效果更为突出。试验结果表明：在相似用钢量的情况下,无配筋的型钢钢纤维混凝土组合梁不但能够解决型钢混凝土结构的施工困难,而且能够大幅提升延性性能,但由于未配置纵筋,正截面抗弯能力有所削弱;减小保护层厚度,提高型钢配钢率,能够充分发挥型钢翼缘良好的抗弯能力,弥补未设置主筋对承载力的影响,同时增加钢纤维用量,解决因保护层减小而导致的钢与混凝土界面黏结性能变差的问题;在设置钢纤维的情况下,钢纤维掺量较多试件的损伤发展快于掺量较少的试件,并且随着钢纤维掺量的增加,峰值荷载的损伤度越来越大;钢纤维用量越多,试件在峰值荷载状态下的耐损伤性能越好,即使在较严重的损伤状态下也依然能够保持极限承载能力。