茅台成义烧房旧址钢筋混凝土行车梁结构性能分析

为了深入研究茅台成义烧房旧址行车梁的结构性能,通过现场调研和有限元模型分析,揭示了行车梁在正常使用和极端荷载作用下的性能表现,发现其存在锈蚀、裂缝和变形等问题。针对这些问题,提出了采用同形制钢材更换和碳纤维布加固等创新措施,以提高行车梁的结构稳定性和承载能力。加固措施不仅适用于茅台成义烧房旧址,也为类似工业遗产的保护与利用提供了有益参考。研究成果为工业遗产改造工程提供了科学依据,有助于推动工业遗产保护工作的深入发展。

纤维织物增强高延性混凝土加固RC短柱抗剪性能试验研究

为研究纤维织物增强高延性混凝土(TR-HDC)加固钢筋混凝土短柱的抗剪性能,设计了6根钢筋混凝土柱,包括2个对比柱和4个TR-HDC加固柱.通过低周反复荷载试验,对比分析剪跨比、纤维织物层数对试件破坏形态、变形、承载力和耗能能力的影响.结果表明:采用TR-HDC加固钢筋混凝土短柱,可显著提高其抗剪承载力;TR-HDC与原混凝土柱协同工作性能良好,加固后的混凝土柱的变形、承载力和耗能能力明显提高;增加纤维织物的层数对钢筋混凝土短柱的抗剪承载力提高幅度较小,但可大幅增强柱的耗能和变形能力;剪跨比较大时,更有利于发挥TR-HDC加固材料的力学性能.基于桁架-拱模型,提出TR-HDC加固钢筋混凝土短柱的抗剪承载力计算方法,计算结果较准确.

基于Arduino的SMA丝材智能修复损伤钢筋混凝土梁试验研究

为修复钢筋混凝土梁在使用阶段中由于材料老化、裂缝开展等原因造成的损伤,提出一种基于Arduino智能平台和形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA,具有形状记忆效应和超弹性特性)的智能修复控制系统,根据挠度及裂缝控制原理,设计智能修复控制装置。该装置由输入模块、处理模块和输出模块组成,当检测到钢筋应变超过限值时,输出模块升高SMA丝材温度对梁体进行修复。为验证该智能修复装置的修复性能,设计对比梁A(无修复装置)与试验梁B(加装智能修复控制装置),在加载过程中对试验梁B进行3次修复,对2根梁的跨中挠度、钢筋应变及裂缝宽度等进行对比分析。结果表明:破坏时试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度均小于对比梁A,并且在3次修复中试验梁B的跨中挠度、裂缝宽度和钢筋应变最大回复率分别为31.0%、47.0%和71.5%。说明该智能修复控制装置可以监测试验梁受损情况并激发SMA材料对试验梁实施修复,实现钢筋混凝土梁的智能修复。

考虑结构空间约束的现浇楼盖梁跨中受弯性能试验

为研究结构空间约束导致现浇钢筋混凝土楼盖梁跨中受弯承载力超强的机制,以楼盖梁在结构中的空间位置和配筋率为变量,设计12根上部架立筋不伸入支座的楼盖梁试件并开展跨中受弯静力试验,并基于建立经典混凝土理论的试验方法进行了4根简支梁对比试验。对梁试件破坏形态、承载力、变形能力、轴向伸长进行研究,结果表明:楼盖梁试件承载力与按受弯构件计算承载力之比为1.57~2.77,与相应矩形简支梁试件和T形简支梁试件承载力相比均有较大提高,超强程度与配筋率成反比;与简支梁试件相比,楼盖梁试件跨中截面破坏形态未因轴压力而发生显著改变,但楼盖梁试件延性降低;楼盖梁试件轴向伸长随挠度的增大而增大。将楼盖梁视为压弯构件,提出根据楼盖梁试验峰值荷载确定相应轴力和弯矩的方法。计算结果表明,楼盖梁试件跨中截面压弯状态弯矩与受弯状态弯矩的比值为1.28~2.19。楼盖梁试件有限元数值模拟结果表明,随着楼盖梁截面包含的楼板范围增大,轴力沿梁跨分布趋于均匀。

CFRP加固损伤钢筋混凝土梁抗冲击性能试验研究

对采用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固的不同损伤程度的钢筋混凝土梁进行落锤冲击试验,以冲击高度、加固层数为试验参数分析CFRP加固损伤试件的裂缝发展、破坏形态及抗冲击性能,并研究试件在冲击荷载下的动力性能。结果表明:试件损伤程度越高,其斜向裂缝发展越密集,试件的破坏程度越严重;落锤冲击高度越高,裂缝发展越趋近于跨中局部化;当采用多层CFRP布加固损伤试件时,试件在落锤冲击作用下保持较好的完整性,仅外部混凝土粉碎掉落;随着CFRP布粘贴层数的增加,试件整体产生弯剪破坏,损伤试件加固修复后的抗冲击能力及刚度相较于完好试件得到显著提升,提升幅度为70%~72%,但增加CFRP布粘贴层数对试件的加固修复效果提升作用有限,且加固效果与抗冲击能力并非呈线性关系;基于有效应变计算的结果可知,采用CFRP布加固修复不仅仅具有加固补强的作用,同时能够在一定的程度上改善试件的整体抗冲击性能。

配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究

改善工程材料韧性和耐久性,提高框架梁柱节点抵抗变形和破坏的能力,是提高框架结构抗震韧性的有效途径之一。采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料代替普通混凝土应用到梁柱边节点,考虑轴压比和加密区体积配箍率的影响,设计6个配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料、1个配筋单掺PVA纤维增强水泥基复合材料和1个钢筋混凝土梁柱边节点试件进行拟静力试验,分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢筋应变和梁端塑性铰区转角,探讨混杂纤维的加入对梁柱边节点抗震性能的影响。结果表明:与钢筋混凝土节点和单掺PVA纤维增强水泥基复合材料节点相比,PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料节点的承载力高、变形能力大、延性好、耗能能力强,抗震性能显著提升。当试验轴压比从0.12增加到0.24,梁端塑性铰区产生一定的外移,塑性性能发挥更充分,同时试件的变形能力、延性、耗能能力增加。在加密区体积配箍率减小的情况下,试件仍表现出良好的抗震性能。

含引气剂海工混凝土的抗冻性能及其梁受弯承载力

为了研究引气剂对海工混凝土抗冻性能及其梁受弯承载力的影响,对2种配合比6根海工混凝土梁及相应的冻损试件进行总计100次快速冻融试验;采用质量损失率、动弹性模量损伤度和抗压强度损失率对混凝土冻融损伤程度进行有效评价;考虑混凝土抗压强度退化以及等效矩形应力图系数的变化,提出了冻融作用下海工混凝土梁正截面受弯承载力计算公式。结果表明:加入引气剂可以增强海工混凝土的抗冻性能,降低梁的开裂弯矩退化速率,但会降低混凝土强度和梁的极限弯矩;在150次冻融循环内,提出的模型能够较好地预测冻融作用下海工混凝土梁的正截面受弯承载力。

不同界面下梁端直剪型锚栓钢板剪切承载力试验研究

开展梁端直剪型锚栓钢板剪切承载力加固试验研究。试验序列包含1个对比试验段、5个剪切承载力加固试验段。试验参数包括界面条件和钢板高度。结果表明:受力过程中钢板与混凝土之间的黏结界面终会剥离,不同黏结界面不影响剪切承载力;增加钢板高度和配套的直剪型锚栓数量能有效提高混凝土梁的剪切承载力。直剪型锚栓钢板剪切承载力加固存在2种机制,约束机制通过限制斜裂缝宽度提高剪切承载力,而组合受力机制通过钢板将一部分剪力直接传入支座。加固钢板高度较小时以约束机制为主,加固钢板高度较大时,2种加固机制联合发挥作用。

重复荷载作用后海工高性能混凝土梁刚度退化试验研究

在荷载长期作用下,钢筋混凝土受弯构件的变形是一个重要的评价指标,也是构件正常使用极限状态的验算内容之一。为了研究经历重复荷载后海工高性能混凝土梁的变形发展规律,设计制作了10根试验梁,分别进行了重复荷载试验、氯盐干湿试验以及两者的共同作用试验;通过四点受弯试验对梁的跨中挠度及刚度退化进行评价,提出了梁短期刚度规范计算公式的修正方法。研究结果表明:荷载水平按梁纯弯段弯矩等于0.4M_(u)确定时,施加30次重复荷载后混凝土的损伤度接近15%;对于仅进行氯盐干湿循环的试验梁,其跨中挠度发展要慢于参照梁;施加重复荷载后,试验梁的跨中挠度发展要快于参照梁;对施加重复荷载后的试验梁再进行氯盐干湿循环,梁的刚度退化更为显著。结合试验结果,采用损伤效应折减系数对梁短期刚度计算公式进行修正,并验证了修正公式的合理性和有效性。

新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁抗剪性能有限元分析

为解决施工现场中现有装配式混凝土叠合梁、梁柱结点钢筋相互影响的问题,设计一种新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁。为进一步研究该叠合梁的抗剪性能,共设计6个叠合梁、3个整浇梁进行ABAQUS有限元模拟,分析其破坏特征机理、荷载–跨中挠度曲线等,研究试件剪跨比、底板厚度参数对抗剪性能的影响,以及新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁与整浇梁的抗剪性能对比。数值模拟分析结果显示,新型叠合梁与整浇梁均为剪切破坏,在底板厚度相同的情况下,随着剪跨比的增大,叠合梁的极限承载力略微降低。此外,预制高度增加会导致叠合梁的极限承载力减小。叠合梁表现出与整浇梁相似的受剪性能,随着剪跨比增加,叠合梁相对于整浇梁表现出更好的抗剪性能。综合而言,新型预应力混凝土钢管桁架叠合梁具有良好的抗剪性能。

弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁的抗扭性能,建立体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

不同类型钢纤维UHPC无腹筋梁受剪性能试验

基于单点加载下4根超高性能混凝土无腹筋梁构件受剪破坏试验结果,研究其受剪性能,以钢纤维类型为主要研究参数,分析钢纤维类型对无腹筋梁的受剪承载力、裂缝发展形态、挠度和韧性等发展规律。结果表明:端钩型钢纤维对提高超高性能混凝土无腹筋梁的受剪承载力、阻滞裂缝发展及控制试件变形能力作用优于光滑平直型和波浪型钢纤维,而端钩型Ⅱ钢纤维优于端钩型Ⅰ钢纤维;端钩型Ⅰ和光滑平直型钢纤维增韧效果较好,但分担纵筋拉力较少;波浪型钢纤维分担纵筋拉力较多,提高超高性能混凝土无腹筋梁抗裂性的效果较好,但增韧效果较差。经对比分析,陈璇公式计算值精确度较高,离散程度小。

FRP筋混凝土双向板冲切强度公式评估

为评价现有FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的精度,采用数理统计的方法对收集到的38组FRP筋混凝土双向板冲切强度试验数据进行评估。结果表明,影响FRP筋混凝土双向板冲切强度的主要因素有混凝土强度、临界冲切截面周长、有效板厚、FRP筋配筋率及其弹性模量、尺寸效应;在所评价的10个计算公式中,规范公式的预测结果大多比较保守,且其精度均低于文献公式;Ospina公式预测结果与试验结果最为接近,且精度最高,预测结果与试验结果比值的均值为1.03,标准差为16.04%,变异系数为15.53%。研究结果为FRP筋混凝土双向板冲切强度计算公式的进一步优化提供了参考。

底部双排配筋单孔空心预制梁力学性能试验研究

为了研究新型装配式单孔空心预制梁的抗弯承载力和变形性能,并提高其工作性能。试验共设计并制作了3根单孔空心预制梁和1根实心预制梁,通过试验和理论计算相结合的分析手段,重点研究单孔空心预制梁和实心预制梁的破坏机理、裂缝发展、荷载-挠度曲线、变形性能及抗弯承载力等。结果表明:单孔空心预制梁与普通实心预制梁的破坏特征相似,且其裂缝分布较均匀、间距小,延性好;在相同荷载作用下,单孔空心预制梁挠度大于实心预制梁,其整体受力变形性能相对优越。提出了截面有效面积等效法和混凝土轴心抗压强度等效法2种计算方法,通过对比分析发现,混凝土轴心抗压强度等效法计算值误差仅为0.82%,满足工程要求,而且单孔空心预制梁与实心梁相比还可节约材料8.72%。因此,单孔空心预制梁具有良好的应用前景。

预应力CFRP布加固混凝土梁受弯试验

目的 研究不同加固方法下预应力碳纤维布加固混凝土梁的受弯性能,解决桥梁加固缺陷的问题。方法 制作了5根试验梁,其中一根为对比梁,不做任何加固处理,其余4根分别采用不同的锚固方式、不同的初始张拉力及不同的加固位置进行加固,通过控制变量,进行加载试验,分析其受弯性能的差异。结果 经加固后的试验梁承载能力与刚度明显增加,与对比梁相比,极限荷载分别提升了25%、22.06%、30.78%及36.76%;各试验梁达到屈服荷载时,经加固的试验梁挠度均小于对比梁产生的挠度,且模腔自锁式锚具锚固的试验梁挠度小于穿孔式自锁锚具锚固的试验梁挠度,相同锚固方法下初始张拉力较大的试验梁挠度要小于初始张拉力较小的试验梁挠度。结论 使用预应力碳纤维布加固混凝土梁能够有效提高混凝土梁的抗弯性能,提升效果与加固位置、锚固方式及初始张拉力大小有关。

考虑粘结滑移本构模型的托换梁承载特性分析

粘结滑移有限元分析是掌握型钢混凝土托换梁变形特性的关键手段。采用有限元分析软件建立了考虑和不考虑型钢与混凝土粘结滑移两种有限元模型,分析了托换梁荷载-挠度曲线、型钢应变及箍筋应变的变化规律。结果表明:不考虑粘结滑移时,托换梁的极限荷载、跨中挠度与试验值差值百分比范围分别为1.0%~6.8%和11.3%~24.5%,受剪段中部、梁跨中位置的腹板应变和内、外侧箍筋应变与试验值的差值百分比分别为23.1%、46.4%、15.8%和45.8%;考虑粘结滑移后,托换梁的极限荷载、跨中挠度与试验值差值百分比范围分别为0.7%~4.5%和5.7%~18.2%,受剪段中部、梁跨中位置的腹板应变和内、外侧箍筋应变与试验值的差值百分比分别为2.7%、1.3%、11.6%和27.7%;考虑型钢与混凝土粘结滑移的有限元模型可更准确地模拟梁的承载力和变形。

钢筋混凝土连续梁抗连续倒塌压拱机制的数值分析

为了验证既有结构抗连续倒塌压拱(compressive arch action,CAA)机制理论在工程尺度中的适用性问题,基于有限元分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土连续梁的全精细数值模型,并通过已有实验验证了该模型的可靠性。基于该模型建立9个足尺结构的数值模型,考虑了工程常用的截面高度、跨度和配筋率。基于数值模拟的结果,分析了上述结构参数对CAA机制发展的影响。结果表明:随着配筋率的增大,CAA机制对结构抗连续倒塌的增强作用逐渐降低;在9~12的跨高比范围内,CAA机制对结构抗连续倒塌的增强作用提升,而在12~15的跨高比范围内,增强作用降低。

考虑混凝土细观非均质性的钢筋混凝土结构疲劳寿命预测概率模型

本工作考虑混凝土细观非均质性,将混凝土视为由粗骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了疲劳损伤混凝土中氯离子扩散的三维细观数值分析模型。研究表明,随着疲劳荷载水平、水灰比、温度的升高以及暴露时间的延长,混凝土内氯离子浓度显著增加,但同一深度处氯离子浓度不尽相同。根据K-S检验,在5%显著性水平上,混凝土内某一深度的氯离子浓度遵循混合正态分布。据此提出了结构疲劳寿命预测概率模型,发现结构失效概率随疲劳寿命的延长而增大,且疲劳应力水平、水灰比、温度的降低以及暴露时间的减少均可使结构失效概率降低,结构在服役期间承受的疲劳应力水平不宜超过0.4(失效概率10%和200万次疲劳寿命)。此外,基于上述模型,对我国四个沿海城市混凝土结构的疲劳寿命进行了预测,并提出了相应的耐久性建议。

碳纤维布加固损伤再生混凝土梁受弯性能研究

为研究因承受荷载而产生损伤的再生混凝土梁经碳纤维布加固后的受弯性能,选取不同的再生骨料取代率,设计了9根再生混凝土梁;通过预加弯曲荷载使试验梁产生初始损伤,卸载后在损伤梁底部粘贴不同宽度的碳纤维布进行加固,再对试验梁进行受弯承载力试验;考虑再生骨料掺量及预损伤程度的影响,提出了碳纤维布加固损伤再生混凝土梁发生剥离破坏时的受弯承载力计算公式。结果表明:因预损伤产生的裂缝降低了碳纤维布与再生混凝土梁间的黏结强度,加固梁均发生了剥离破坏;随再生骨料取代率的增加,试验梁在相同荷载下产生的裂缝宽度和数量逐渐增加,极限承载力有所减小;随碳纤维布加固宽度的增大,试验梁破坏时的挠度减小,极限承载力提高,裂缝分布细而密;随预损伤程度的增大,试验梁破坏时的裂缝宽度逐渐增大,数量明显增多,但极限承载力和挠度变化并不明显;受弯承载力计算值与试验值吻合较好,研究成果可为碳纤维布加固损伤再生混凝土梁的受力性能评估提供参考。

简支混凝土工字梁超声测试中湿度效应的量化

为分析环境湿度对混凝土梁超声测试结果的影响规律,设计了室内自然环境下的混凝土工字梁超声测试试验,采集测试信号和对应湿度,将信号向量间的偏转角作为信号波动性的评估指标,反映湿度对超声信号的影响,构造信号的残差矩阵进行奇异值分解,提取左奇异向量中的湿度效应进行量化分析,通过去除信号在左奇异向量上的投影去除信号中的湿度效应。结果表明:超声测试信号的波形受湿度影响会发生时移和幅值变化;阶次越高的湿度效应分量在全部湿度效应中的占比越小;去除前5个湿度效应总量后,信号波动性均值可降低至原来的2%。