钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应对比分析:试验研究

文章旨在研究并对比钢筋及BFRP筋(玄武岩纤维增强筋)混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应的异同,对4根钢筋混凝土深受弯构件及4根BFRP筋混凝土深受弯构件(梁高为300~1200mm)进行了剪切破坏试验。对比分析了荷载-位移曲线、斜裂缝宽度、混凝土应变、纵筋应变及腹筋应变随结构尺寸变化的发展趋势。揭示了钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件抗剪强度尺寸效应规律,并分析了设计规范和计算方法的适用性。研究表明:(1)BFRP筋混凝土深受弯构件的极限荷载约为钢筋混凝土深受弯构件的0.3~0.5倍,而挠度约为钢筋混凝土深受弯构件的1.4~1.7倍;(2)梁高从300mm增至1200mm时(试验梁的水平及竖向腹筋率均为0.51%),钢筋混凝土深受弯构件的名义极限抗剪强度下降34.0%,而BFRP筋混凝土深受弯构件下降45.7%;(3)对于大尺寸构件的抗剪承载力,设计规范的计算结果安全储备不足,未能合理考虑尺寸效应;(4)提出的尺寸效应理论公式可以定量描述结构尺寸对钢筋及BFRP筋混凝土深受弯构件名义极限抗剪强度的影响。

钢筋混凝土梁动态剪切性能及尺寸效应细观研究

基于ABAQUS有限元数值计算平台,考虑混凝土材料的非均质性以及钢筋和混凝土的应变率效应,建立了钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁三维细观数值分析模型,探究了RC梁在不同应变率和配箍率条件下的剪切性能及其尺寸效应行为。结果表明:剪切承载力随着应变率和配箍率的增加均有不同程度的提高;名义抗剪强度随梁高的增大而减小,存在显著的尺寸效应现象;应变率和配箍率的增大一方面可以提高RC梁的名义抗剪强度,另一方面会削弱名义抗剪强度的尺寸效应行为;提出的RC梁静/动态剪切统一尺寸效应律同时考虑了尺寸效应、应变率效应和配箍率的影响,能够较好地预测RC梁在静态和动态作用下的名义抗剪强度,具有一定的准确性和合理性。

钢筋混凝土深受弯构件抗剪承载力计算修正方法

钢筋混凝土(RC)深受弯构件已广泛应用于混凝土结构领域。相比于钢筋混凝土细长梁,RC深受弯构件的剪切破坏往往表现出较强的尺寸效应特征,这使得RC深受弯构件的抗剪承载力设计区别于钢筋混凝土细长梁。我国规范GB 50010—2010已经提出了RC深受弯构件抗剪承载力的建议公式,但仍然存在未考虑尺寸效应及纵筋的影响。文章通过搜集相关文献,整理得到1023组RC深受弯构件的试验数据,并采用灰度关联法揭示了各因素对其抗剪承载力影响的重要程度。然后通过回归分析,提出了尺寸效应修正系数及纵筋修正系数,进而对规范GB 50010—2010提出了一些修正建议。最终通过搜集的试验数据,验证了修正后计算公式的合理性及准确性,研究表明:修正建议公式可以相对全面的反映重要因素的影响,且从均值、变异系数和安全系数等方面均有明显优势。

CFRP布加固方案对RC梁剪切性能及尺寸效应影响分析

采用同时考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土之间的相互作用以及CFRP布与混凝土之间的相互作用影响的三维细观数值模拟方法,建立了CFRP布加固RC梁剪切破坏力学分析模型。在验证了细观数值方法合理性的基础上,设计并建立了12根CFRP布加固RC梁细观模型,探究相同CFRP配纤率(用布量)前提下,不同CFRP布加固方案对单调荷载作用下RC梁的剪切性能及尺寸效应的影响。结果表明:CFRP布应变分布与裂缝位置紧密相关,越靠近裂缝位置的CFRP布应变越大,提供的抗剪贡献越多;在CFRP配纤率一致的前提下,CFRP布宽度大厚度小的加固方案优于CFRP布厚度大宽度小的加固方案;CFRP布U型加固RC梁剪切强度存在尺寸效应现象,但相同CFRP配纤率下,不同CFRP布加固方案对名义抗剪强度尺寸效应的影响较小,可以忽略。

船舶艉轴空气密封装置设计及应用

随着船舶制造工业以及自动控制技术的发展,作为船舶主推进动力装置的艉轴空气密封装置在大型船舶中得到了应用。文中以8500PCTC(汽车运输船)船配备的Simplex Compact的SC2 S型的艉轴密封装置为例,主要介绍了该艉轴空气密封装置的优缺点、工作原理及设计要点。

考虑箍筋与CFRP布相互作用的CFRP布加固RC梁受剪承载力细观研究

为揭示CFRP布加固RC梁剪切破坏机理,采用同时考虑混凝土材料细观非均质性、钢筋与混凝土相互作用、CFRP布与混凝土相互作用的数值模拟方法,建立CFRP布加固RC梁三维细观数值分析模型。分析了箍筋、CFRP布及其相互作用对梁剪切破坏的影响,建立了CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式。研究表明:梁受剪承载力随配箍率(0%、0.2%、0.5%、0.8%)和配纤率(0%、0.066 8%、0.133 6%、0.267 2%)增大均有不同程度提高,但提高幅度随配箍率和配纤率增加而减小;箍筋应变和CFRP布应变均与主斜裂缝位置紧密相关,越靠近主斜裂缝位置的应变越大,且峰值应变随配箍率和配纤率增加而减小,当配纤率由0.066 8%增至0.267 2%时,CFRP布应变降低了45.9%,当配箍率由0.2%增至0.8%时,CFRP布应变减小了30.6%;箍筋和CFRP布之间存在不利相互作用,其对梁的剪切贡献不能简单叠加;建立的考虑配箍率、配纤率及其相互作用影响的CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式计算值与试验值的误差小于20%,较为准确合理,可用于预测CFRP布加固RC梁的受剪承载力。

最小配箍率RC梁剪切性能及尺寸效应试验研究

为研究最小配箍率钢筋混凝土(RC)梁的剪切性能及尺寸效应行为,完成了集中荷载作用下6根最小配箍率RC梁的剪切破坏试验,研究其剪切破坏模式及失效机制,分析结构尺寸对RC梁的剪力-挠度曲线、斜裂缝宽度、混凝土应变、纵筋应变及箍筋应变的影响,定量揭示最小配箍率RC梁名义抗剪强度的尺寸效应规律。研究表明:最小配箍率RC梁名义抗剪强度存在尺寸效应;随梁高增加,裂缝数量增多,斜裂缝宽度增大,相应的混凝土拉应变增大,箍筋应变增大,纵筋应变减小;前期基于数值模拟结果建立的尺寸效应理论公式计算结果与试验结果误差小于20%,能够定量描述结构尺寸对最小配箍率RC梁名义抗剪强度的影响;建议的规范修正公式能够较好反映结构尺寸对最小配箍率RC梁受剪承载力的影响。

考虑CFRP布剥离的无腹筋RC梁剪切尺寸效应分析

为分析考虑CFRP布剥离的无腹筋RC梁剪切尺寸效应,建立了考虑混凝土材料非均质性、钢筋与混凝土间的黏结性能以及CFRP布与混凝土相互作用关系的CFRP加固无腹筋钢筋混凝土(RC)梁三维细观数值分析模型。在验证细观数值分析模型合理性的基础上,设计并建立28根CFRP布加固RC梁模型,分析不同配纤率(0.0555%、0.1110%和0.2220%)和不同截面尺寸(80 mm×200 mm、160 mm×400 mm、240 mm×600 mm和320 mm×800 mm)情况下,CFRP布剥离对RC梁剪切破坏及其尺寸效应的影响。分析结果表明:考虑CFRP布剥离能够真实反映CFRP布与混凝土非可靠黏结状态下RC梁的实际剪切性能;梁名义抗剪强度随截面尺寸增大而降低,均表现出明显的尺寸效应现象。当加固梁截面高度从200 mm增加到800 mm时,3组配纤率对应的考虑剥离的RC梁的名义抗剪强度分别下降了26.5%、17.8%和13.1%,而未考虑剥离的RC梁的名义抗剪强度分别下降了20.6%、13.0%和8.1%。考虑CFRP布剥离时,CFRP布对RC梁剪切尺寸效应削弱效果不显著。依据数值分析结果,提出了考虑CFRP布剥离的CFRP加固无腹筋RC梁抗剪强度尺寸效应律。考虑CFRP布剥离得到的理论值与试验值吻合较好,验证了扩展尺寸效应律的合理性和准确性,在实际模拟中应考虑CFRP布的剥离。