弯曲荷载与酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的耐久性能

利用拉杆加载系统对钢纤维混凝土试件施加弯曲荷载,开展弯曲荷载作用下钢纤维混凝土的酸雨干湿循环试验,研究钢纤维掺量以及应力状态、应力水平对钢纤维混凝土酸雨侵蚀作用下中性化深度的影响规律。结果显示:弯曲拉应力加速了混凝土的中性化速度,一定水平下的弯曲压应力对于混凝土的中性化起到了抑制作用。钢纤维混凝土在承受弯曲荷载作用下的中性化弯曲应力影响系数与应力水平之间的关系符合二次多项式。钢纤维能够降低弯曲拉应力对基体混凝土酸雨侵蚀速度的影响,在本实验所选用的几种掺量中,当钢纤维掺量为1.5%时,这种降低效果最明显。但是钢纤维对弯曲压应力引起的混凝土酸雨侵蚀中性化深度变化无显著影响。     

弯曲荷载与酸雨侵蚀共同作用下钢纤维混凝土的耐久性能

利用拉杆加载系统对钢纤维混凝土试件施加弯曲荷载,开展弯曲荷载作用下钢纤维混凝土的酸雨干湿循环试验,研究钢纤维掺量以及应力状态、应力水平对钢纤维混凝土酸雨侵蚀作用下中性化深度的影响规律。结果显示:弯曲拉应力加速了混凝土的中性化速度,一定水平下的弯曲压应力对于混凝土的中性化起到了抑制作用。钢纤维混凝土在承受弯曲荷载作用下的中性化弯曲应力影响系数与应力水平之间的关系符合二次多项式。钢纤维能够降低弯曲拉应力对基体混凝土酸雨侵蚀速度的影响,在本实验所选用的几种掺量中,当钢纤维掺量为1.5%时,这种降低效果最明显。但是钢纤维对弯曲压应力引起的混凝土酸雨侵蚀中性化深度变化无显著影响。     

氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下改性糯米灰浆耐久性能增强方法

为改善传统糯米灰浆应用在砖石古建筑修复与加固中的酥碱冻害,掺加质量分数为12.5％、25％和50％的偏高岭土与1％的麻纤维,获得了一种改性糯米灰浆复合材料.以力学强度、质量损失及相对动弹性模量为依据,详细研究了改性灰浆的应用性能.利用红外光衍射、X-ray粉末衍射和扫描电镜等微观分析方法,系统探究了改性灰浆在标准养护、冻融老化及氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下的性能演变机理.结果表明,混掺纤维和偏高岭土能显著改善灰浆的强度、抗冻性与耐盐性.偏高岭土生成的水化凝胶C-S-H与C-A-H可固化氯离子生成弗里德尔盐以抵抗孔隙破坏,增强了灰浆在氯盐环境下的抗冻性.氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下耐久性指标随麻纤维的掺加而小幅增大,随偏高岭土掺加而先提升后降低.其中以在糯米灰浆中混掺1％麻纤维与25％偏高岭土的增强方法最优.     

荷载与环境共同作用下混凝土耐久性研究进展

混凝土结构都是在荷载与环境的共同作用下工作的,而荷载作用可能引起混凝土物理性能的改变,进而影响混凝土结构的耐久性能,忽略荷载的作用得到的混凝土耐久性研究结果存在一定的片面性。综合评述了目前荷载与其他因素共同作用下混凝土耐久性研究的进展情况,着重介绍了在荷载和环境共同作用下,混凝土的抗渗性能、混凝土抗中性化、抗离子侵蚀,以及抗冻融循环作用方面已有的研究成果,对相关的成果进行了讨论,并对混凝土耐久性研究提出了展望。     

硝酸侵蚀/冻融循环共同作用喷射混凝土耐久性能(Ⅰ):物理力学性能及孔结构变化

以寒冷地区喷射混凝土单层永久衬砌长大公路隧道为工程背景,汽车尾气中氮氧化物与水产物硝酸为冻融介质,采用快速冻融循环法,开展喷射混凝土冻融循环试验,研究了硝酸侵蚀冻融循环共同作用对喷射混凝土耐久性能的影响。以直线导线法对硝酸侵蚀/冻融循环共同作用下混凝土的孔结构进行表征,探究了共同作用喷射混凝土的冻融损伤过程。综合分析认为,硝酸中氢离子对混凝土产生化学侵蚀,硝酸根离子在冻融循环过程中产生盐冻的效果,加快了喷射混凝土冻融损伤劣化速度。共同作用喷射混凝土的抗冻性随水胶比增大而降低,随粉煤灰掺量增大先提升后降低。但随钢纤维掺量增大,喷射混凝土动弹性模量损失率和质量损失率先增大后减小,抗压强度则逐渐增大。随着冻融循环次数增多,喷射混凝土孔结构劣化,大孔径孔和微裂缝数量增大,加速了硝酸向混凝土内部扩散,抗冻性能快速下降。     

氯盐侵蚀下铜矿渣混凝土高温后内部钢筋锈蚀规律

为探究高温及铜矿渣细骨料对混凝土中钢筋锈蚀模式的影响规律,对不同铜矿渣置换率的混凝土试件进行高温试验,然后采用干湿循环浸泡法对试件进行人工加速氯离子侵蚀试验,并利用电化学方法测量自然电位值以监测混凝土内部钢筋的锈蚀情况,最后测量混凝土内部氯离子含量及钢筋锈蚀率。结果表明：自然电位法可以较好地反映试件内部钢筋的实际锈蚀情况;高温破坏了混凝土抗氯离子侵蚀性能,从而导致混凝土试件中的钢筋锈蚀程度随经历温度的升高而增大;此外,高温下铜矿渣自身较大的膨胀变形及冷却后与水泥净浆间不协调收缩的综合作用进一步破坏了混凝土微结构,使钢筋锈蚀率随着铜矿渣置换率的提高而增大;最后建立了氯盐侵蚀下铜矿渣混凝土高温后内部钢筋锈蚀深度拟合公式。     

氯盐环境下锈蚀预应力混凝土梁抗弯性能试验

为探讨氯盐环境下锈蚀预应力混凝土梁的抗弯性能,制作了5根先张预应力混凝土梁,采用电化学法分别对其进行了0 d、7 d、14 d、28 d及42 d的快速腐蚀,随后进行了四点弯曲试验。研究了不同锈蚀程度对预应力混凝土梁自振频率、钢绞线滑移、结构变形、弯曲开裂、破坏模式及极限承载力等性能的影响。结果表明:氯盐环境下锈蚀对预应力混凝土梁高阶频率影响较小,导致一阶频率逐渐增大,28 d后锈蚀裂缝较大且局部混凝土脱落,一阶频率迅速减小;轻微腐蚀对预应力混凝土梁的抗弯性能影响较小,腐蚀程度增大,抗弯性能明显降低,腐蚀42 d后,极限挠度减小了18.7%,抗弯承载力减小了17.3%,延性降低了19%;锈蚀钢绞线与混凝土间滑移速率增大,极限滑移值由5 μm增加至11.4 μm;钢筋锈蚀对弯曲裂缝高度发展的影响不大,但促进了裂缝宽度的扩展,结构屈服后,底部裂缝开裂速率由0.0062 mm/kN增加至0.0252 mm/kN。在试验研究基础上,采用有限元软件ANSYS对各锈蚀梁的受载全过程进行了有限元模拟计算,极限荷载和钢绞线滑移量的模拟值与实测值误差分别小于5%和10%,吻合较好。      

集中荷载作用下预应力混凝土连续梁弯矩调幅系数和研究

本文采用非线性全过程分析方法,研究了预应力混凝土连续梁的弯矩重分布,并对７根试验梁的弯矩调幅系数进行了计算。同时分析了净配筋指标对弯矩调幅系数和影响规律,绘出了相关曲线。     

持压荷载与干湿循环作用下再生混凝土氯盐侵蚀行为

采用干湿比为3∶1和质量分数为5wt%的NaCl溶液,开展了持压荷载与干湿循环共同作用下不同再生粗骨料取代率(r=0%、30%、50%、100%)混凝土的氯离子传输试验,分析了持压应力水平(λ_c=0.1、0.3、0.5)对氯盐侵蚀性能的影响。基于非饱和混凝土的氯离子对流-扩散模型,提出了考虑应力水平和再生骨料取代率影响的水分和氯离子扩散系数模型,并验证了该模型的有效性。结果表明：相同再生粗骨料取代率的混凝土内自由氯离子含量、氯离子扩散系数和表面氯离子浓度均随应力水平的增加呈先减小后增大的趋势,同一应力水平下与再生粗骨料取代率呈正相关,再生粗骨料取代率为100%的试件承受0.1f_c、0.3f_c、0.5f_c(f_c为再生混凝土(RAC)立方体抗压强度值)应力作用的氯离子扩散系数分别是无应力状态的0.97、0.88和1.48倍;所建立的持压荷载与干湿循环作用下RAC氯离子传输模型,为再生混凝土耐久性分析提供理论依据。     

交变荷载和氯盐环境作用下钢绞线的腐蚀疲劳性能研究

为探寻交变荷载和氯盐环境对拉索中各钢绞线力学性能的影响,进而预测不同腐蚀区绞线的疲劳寿命,本研究通过盐雾腐蚀试验来模拟钢绞线在交变荷载和氯盐环境共同作用下的腐蚀情况,考虑不同应力幅对钢绞线腐蚀疲劳寿命的影响,并运用灰度处理方法,对钢绞线腐蚀程度进行量化分区,便于分析不同腐蚀区钢绞线的破坏模式.研究结果表明:拉索外侧钢绞线比拉索内侧钢绞线更容易腐蚀,其腐蚀程度与所施加应力幅相关,应力幅越大,钢绞线腐蚀程度越高,开裂韧性值越低,易发生脆性破坏.随着应力幅值降低,钢绞线开裂韧性值提高,钢绞线破坏模式由脆性破坏转变为延性破坏.此外,通过疲劳试验,基于三参数法,提出不同腐蚀程度的钢绞线的疲劳寿命预测模型,为进一步探究拉索疲劳腐蚀机理提供参考.     

二次受力下自密实混凝土加固RC梁受弯性能研究

为模拟实际工程中加固构件的真实承载能力,实验在原混凝土构件持续受荷状态下,采用自密实混凝土对构件进行加固、养护。共进行了7根二次受力下自密实混凝土加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验,研究了不同初始受力水平、不同加固厚度及不同界面处理方式对加固钢筋混凝土梁抗弯承载力和截面刚度的影响。试验量测了构件裂缝分布形态、荷载-挠度曲线、钢筋应变发展规律等。结果表明：采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁,能有效地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力、截面刚度等性能;二次受力下自密实混凝土加固梁抗弯承载力随着初始受力水平的增大而降低。在试验结果的基础上,基于平截面假定,提出了二次受力下自密实混凝土加固梁钢筋滞后应变及抗弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁抗弯承载力研究

纤维增强塑料筋(简称FRP 筋)是一种高强线弹性材料,非常适合用做侵蚀环境下的预应力筋,采用有粘结和无粘结相结合是提高预应力FRP 筋混凝土梁延性的一种新方法。对有粘结和无粘结相结合的预应力FRP 筋混凝土梁的抗弯承载力进行了理论分析和试验研究,基于平衡配筋率定义了有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁的破坏形态,推导了平衡配筋率和相应抗弯承载力的计算公式。为了验证公式的正确性,进行了9 根预应力FRP 筋混凝土梁的试验研究,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,在相同配筋的条件下,体内有粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最高,体内无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力其次,而无转向块的体外无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最低。采用体内有粘结和无粘结预应力相结合,可以改善预应力FRP筋混凝土梁的延性。     

钢筋混凝土双向受弯梁次生扭矩的分析研究

探讨了次生扭矩对钢筋混凝土双向受弯梁抗剪承载力的影响。提出逐级加载、待定系数的方法计算钢筋混凝土双向受弯梁的次生扭矩,编制了钢筋混凝土双向受弯梁次生扭矩的全过程分析计算机程序。计算值与试验结果的对比分析表明,该方法合理可行。通过对次生扭矩影响抗剪承载力的主要因素的分析,获得一些有参考价值的结论,并提出在工程实践中,计算承受集中荷载的有腹筋双向受弯梁的抗剪强度时,次生扭矩影响应予以考虑。     

复杂载荷下变刚度静不定梁程序化求解

对于有复杂载荷的变刚度静不定梁,常用的方法无法求解。建立一种复杂载荷下变刚度静不定梁求解的通用力学模型,从该模型推导出任一截面的转角和挠度变形方程,由变形方程得出静不定梁程序化求解的通用矩阵。用Matlab语言开发出相应的静不定梁求解程序,实现了对复杂载荷变刚度静不定梁的计算机求解。在静不定梁模型建立和求解推导过程中,不需进行载荷和梁结构的简化,对静不定梁两端的支承形式也没有限制,是一种适于应用计算机编程进行求解的通用计算方法,实际应用效果很好。     

荷载历程对预应力梁的耗能及破坏特征的影响

对预应力混凝土梁在不同荷载历程下的滞回特性进行了分析研究。在预应力混凝土梁的拟静力试验中,采用了四种加载方案模拟不同的地震作用,获得了荷载历程对构件的耗能特性以及破坏特征的影响。研究表明:荷载历程中的最大位移,是影响预应力构件耗能特性的重要因素;最大位移出现的越早,对构件在随后中、小位移处的刚度影响越大,且构件的总耗能能力损失也越多。     

无粘结预应力CFRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

建立无粘结预应力FRP筋张拉锚固体系,对8根以CFRP筋为非预应力筋的无粘结预应力CFRP筋轻骨料混凝土梁与1根普通混凝土对比试件进行两点对称加载,观察其破坏过程与破坏形态,分析了混凝土种类、预应力度和净跨长度对开裂弯矩、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响.从等效轴向刚度思想出发,修正了现有的以钢筋为非预应力...     

模拟酸沉降环境混凝土梁承载性能研究

酸雨环境下钢筋混凝土梁力学性能的变化规律是揭示整个结构承载力和耐久性的前提和基础。参考我国典型城市酸雨的化学组成,分别配置PH1.5与PH2.5的硫酸、硝酸混合溶液来模拟不同酸度的酸雨;自行设计制作了人工降雨器模拟降雨;浇筑了11根120mm×200mm×1900mm的钢筋混凝土梁。分别采用完全浸泡、干湿交替、人工降雨等加速腐蚀试验方法,对10根钢筋混凝土梁进行加速腐蚀。对不同浓度溶液下经历不同腐蚀时间的钢筋混凝土梁,分别利用超声方法测试了混凝土损伤厚度和抗压强度,利用动力试验方法评价混凝土梁的整体特性,并对梁的抗弯性能进行了抗弯实验研究。得到了不同侵蚀状态混凝土梁混凝土损伤厚度、构件刚度、构件开裂荷载、极限承载等力学性能;对比分析了不同加速腐蚀条件下混凝土梁抗弯性能的退化规律,得到了混凝土强度、构件频率以及抗弯强度与混凝土梁损伤程度之间的定量关系。研究结果表明：人工降雨与干湿交替两种方法对混凝土梁抗弯性能的影响基本相似,较浸泡方法变化得到的混凝土梁抗弯性能的退化性能更为显著。     

基于压弯耦合效应下预应力梁的竖向自由振动研究

基于大位移广义变分原理,考虑梁的压弯耦合、剪切应变能和转动惯量的影响,建立了预应力梁的不完全广义势能泛函,通过对位移变分,推导出预应力梁自由振动微分方程。并以预应力混凝土简支梁和悬臂梁为例,通过引入边界条件,求出了自由振动频率的解答。对比Bernoulli-Eular梁和Timoshenko梁,详细分析了轴向荷载、剪切效应和转动惯量对自振频率的影响,研究发现,轴向压力荷载可使梁的自振频率降低,反之增大。剪切变形的影响约为转动惯量的3倍,随着主模态阶数的增加和长细比L/r的减小,轴向荷载、剪切变形和转动惯量的影响非常显著。因此,对于预应力混凝土梁,当跨高比L/h≤8,或长细比L/r≤28时,必须考虑轴向荷载、剪切变形和转动惯量的影响,通过与Bernoulli-Eular梁和Timoshenko梁的精确解相比较,证明该文的解答是正确的。     

FRP筋混凝土T形和矩形截面梁抗弯承载力计算方法

为建立纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer,FRP)筋混凝土T形和矩形截面梁抗弯承载力简化计算方法,根据平衡破坏状态下的截面分析,定义了等效FRP配筋率ρ_ef和相应的平衡配筋率ρ_{ef, b}。在此基础上,基于257根FRP筋混凝土梁试验结果的统计分析,改进了受拉破坏和受压破坏皆可能发生的过渡区范围(ρ_{ef, b} <ρ_ef≤1.5ρ_{ef, b})。编制了受拉破坏控制截面的非线性分析程序,考虑多个设计参数的影响,开展了25 344个截面的参数分析。通过对参数分析结果的多元回归分析,推导了受拉破坏控制截面的抗弯承载力简化计算公式。此外,基于截面内力平衡和协调条件,推导了受压破坏控制截面的抗弯承载力计算公式。以国内外257根梁抗弯承载力试验结果,验证了所提方法的适用性。