粘铝合金板加固RC梁抗弯性能试验及正截面承载力

为了探讨铝合金板厚度与端部U形铝合金箍板构造对RC梁破坏机理及抗弯性能的影响,对16根铝合金板加固RC梁进行了4点弯曲静力加载试验。在试验梁底铝合金板的表面以及试验梁跨中截面的顶面、侧面粘贴应变片,在试验梁底跨中、梁顶两端支座布置百分表。为了推导铝合金板加固RC梁的正截面承载力计算式,基于试验得到的破坏机理,通过引入6个基本假定,分析了5种不同破坏模式的相对受压区高度。建立了各破坏模式下铝合金板加固RC梁的正截面承载力计算式,并将其与引入文献中的试验结果进行了对比分析。结果表明:试件破坏形态包括适筋破坏、端部铝合金板与结构胶剥离、端部铝合金板与梁剥离及中部铝合金板剥离4种情况;当端部设置U形铝合金箍板时,可有效抑制端部铝合金板发生剥离,使钢筋与铝合金板的材料性能得到充分发挥,试件承载力与延性明显提升;当铝合金板厚度分别为2~6 mm时,试件承载力随铝合金板厚度的增加而提高;端部设置U形铝合金箍板可有效防止端部铝合金板发生剥离,但试件仍可能会出现中部铝合金板剥离现象;当试件出现适筋破坏特征时,试件抗弯承载力的计算值与试验值比值均在1以下。本研究所提计算式具有明显的规律性和适用性,可为工程实际设计提供参考。

UHPC-RC节段组合梁的抗弯性能分析

为研究低预应力度条件下,不同节段接缝的超高性能混凝土-钢筋混凝土(ultra-high performance concrete-reinforced concrete,UHPC-RC)组合梁的抗弯性能,文章基于ABAQUS有限元软件,建立UHPC-RC节段组合梁的基准有限元模型,并利用已有的试验数据验证该模型的合理性。节段接缝分别为平面干接缝、平面胶接缝、齿键干接缝和齿键胶接缝,在基准有限元模型的基础上,进一步研究节段接缝类型对组合梁抗弯性能的影响。研究发现,在四点受弯加载方式下,接缝的几何特征(平面或齿键)对组合梁的极限荷载和开裂荷载影响较小,环氧树脂胶的使用对组合梁的抗弯性能影响较大。

UHPC加固RC梁受力性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)在RC梁加固中的适用性,通过双面剪切试验对UHPC-普通混凝土界面粘结性能进行分析。分别对RC梁受压、受拉区进行UHPC薄层加固,对未加固RC梁和受压、受拉区加固RC梁进行四点弯曲试验,对比正截面抗弯性能。结果表明:界面处理后,界面粘结性能大于普通混凝土抗剪强度。确定人工凿毛5 mm的界面处理方式。RC梁采用UHPC加固后,抗弯承载能力显著提高,受压区加固RC梁后受拉钢筋屈服荷载、试验峰值荷载分别提高了54.3%、52.2%,受拉区加固RC梁后受拉钢筋屈服荷载、试验峰值荷载分别提高了85.7%、96.9%;受拉钢筋屈服时受压、受拉区加固RC梁裂缝宽度较未加固RC梁分别减小了49.4%、72.3%;相同裂缝宽度0.2 mm下,受压、受拉区加固RC梁承载能力较未加固RC梁分别提高了1.4倍、6.5倍。提出UHPC加固RC梁极限抗弯承载力计算公式,该公式计算值与试验实测值吻合良好,且偏安全,可以指导UHPC加固RC梁设计。

粘贴纤维布加固RC梁的受弯裂缝计算方法

针对目前关于粘贴纤维布(FRP)限制钢筋混凝土(RC)梁裂缝开裂的作用缺乏理论探讨和定量分析的问题,根据混凝土裂缝开裂机理建立了粘贴纤维布加固梁的裂缝开裂全过程表达式,在5片粘贴纤维布加固的RC简支T型梁试验中定量研究了不同受力阶段下的裂缝宽度和裂缝间距,理论分析和试验研究都考虑了初始荷载对裂缝开裂的影响。分析表明:纤维布粘结应力是裂缝间距和宽度减小的主要原因,粘贴纤维布加固后梁的裂缝开裂分为两个阶段。最后,提出了粘贴纤维布加固RC梁的受弯裂缝宽度计算方法。

钢板加固持荷RC梁承载力数值分析方法

在钢筋混凝土梁粘贴钢板加固数值分析中,为了解决初始荷载及钢板-混凝土界面传力问题,以8片钢筋混凝土梁室内缩尺模型试验为基础,采用面-面接触分析方法及单元"生死"分析方法,对试验梁进行了全过程数值分析,提出了一种粘贴钢板加固具有初应力钢筋混凝土梁的数值分析方法。研究结果表明:钢筋混凝土梁预测挠度变化规律与实测值吻合较好,极限荷载偏差在11.5%以内。可见,运用数值分析方法能有效解决持荷情况下,待加固结构与钢板不同时参与工作及钢板-混凝土界面的传力难点。

考虑空间变量的氯盐环境下RC简支梁桥失效概率分析

桥梁结构常规失效概率计算主要集中在关键截面,但在腐蚀环境下,蚀坑分布具有空间特征,关键截面可能随之发生变化。因此,基于一维随机场理论,考虑混凝土强度、混凝土表面氯离子浓度以及扩散系数等参数的空间分布特性,使用平方指数自相关函数,建立氯盐环境下RC简支梁桥的空间时变可靠度模型,计算腐蚀环境下的结构失效概率。通过将荷载场、材料场和腐蚀介质场离散为随机变量,合理选取的相关长度d和波动系数θ,结合空间均值法,计算了氯盐环境下简支RC梁桥服役期的随机失效概率。研究表明:考虑参数空间特征时的RC梁桥失效概率比不考虑空间分布特征时高18%,寿命期超载作用导致桥梁结构失效概率是正常运营条件下的6倍,因此需要严格管理车辆荷载,延长桥梁服役寿命。

RC桥梁健康状况及承载能力的动力评估试验

根据板梁模型从完整到破坏不同荷载等级作用下室内静、动力试验成果,并结合结构动力学理论,应用非线性回归方法,建立起RC板梁静动刚度比(β)与频率比(α)的回归关系式。提出了名义配筋率(μnom)的概念,并依据板梁在正常使用状态下挠度和裂缝的控制要求以及在承载能力极限状态下强度控制的要求,给出3种控制弯矩的计算公式,同时,把它们表述成名义配筋率的函数形式,用于RC梁健康状况的量化评定。

疲劳荷载下碳纤维薄板加固RC梁变形计算

首先分析了碳纤维薄板(Carbon Fiber Laminates简称CFL)加固梁在静载作用下的变形,提出了静载下加固梁挠度的计算公式,该公式在表达方式上与普通钢筋混凝土梁的截面计算刚度相似,同时与试验结果比较具有较高精度。在疲劳载荷下加固梁的疲劳变形分为3个阶段:快速增长、平稳增加和失稳扩展。残余挠度也随循环次数的增加而增加,初期和后期增长快,而中间阶段发展较慢。通过考虑试验梁在疲劳荷载作用下的残余变形和瞬时变形,运用递推的方法,提出了在常幅和随机载荷下,碳纤维薄板加固梁挠度的计算公式。通过与试验结果的对比表明,计算结果能够很好地反映梁的挠度变化趋势。

新型复合粘结技术加固RC梁的抗剪试验研究

针对外贴纤维增强复合材料(FRP)布加固钢筋混凝土构件通常发生FRP与混凝土表面之间的剥离破坏,使得FRP的强度不能充分利用的问题,提出了一种将外贴法与机械锚固法相结合的新型复合粘结技术(HB-FRP)。为了研究复合粘结技术对试验梁的抗剪加固效果,结合在役钢筋混凝土桥梁的损伤特点,本文对16根抗剪试验梁进行了研究,分析了不同的加固方式、FRP条带粘贴层数及条带间距、预裂度、FRP的加固率等因素对加固效果的影响。试验结果表明:新型复合粘结技术可有效地抑制FRP的剥离,使梁的极限抗剪承载力及延性都有一定程度的提高。

大跨RC斜拉桥的非线性地震响应分析

预先确定斜拉桥的弹塑性区域,把包含多微段平面变刚度梁单元推广应用于大跨度斜拉桥的非线性地震响应分析,用微段的刚度变化模拟钢筋混凝土的弹塑性性能,对双塔单索面钢筋混凝土斜拉桥进行了考虑几何非线性和材料非线性的地震响应分析,编制了相应的弹塑性分析程序,并与Huges单元分析结果进行了比较。结果表明:该法能较好地模拟在强震作用下钢筋混凝土斜拉桥的非线性性能,可以在大跨斜拉桥的非线性地震响应分析中应用。

U型箍加固锈蚀RC梁的抗弯性能试验研究及数值分析

为研究U型箍加固和二次锈蚀对锈蚀RC梁力学性能的影响,该文通过设计7片试验梁,分析构件的应变规律、变形特征、破坏机理等,并采用ABAQUS有限元软件进行了数值模拟,探讨U型箍加固厚度与加固位置对加固梁性能的影响。结果表明,试验梁跨中截面应变满足平截面假定,中和轴高度大致符合这个规律:锈蚀梁以及锈蚀加固再锈蚀梁的中和轴高度均要大于加固锈蚀梁的高度;荷载增大到一定时,U型箍的锚固作用开始发挥作用;加载中后期,同侧三片U型箍分担的剪力存在不均匀性;腐蚀不均匀导致两端的U型箍应变增长规律有差异;加固梁、加固锈蚀梁的裂缝更稀疏,裂缝趋向于跨中区域分布,斜裂缝逐渐变得不明显;U型箍加固梁的开裂荷载与极限荷载有所提高,塑性特征更为明显,主要呈现为弯剪破坏;二次锈蚀和不均匀性会改变构件变形发展,影响梁的破坏形态。数值模拟的极限荷载、极限荷载对应的挠度以及能量吸收值与试验结果的误差分别在4.22%、9.7%、9.9%范围以内,设置3 mm的加固厚度对提高承载力较为适宜,U型箍布置在梁端位置可更好地提高构件的强度和刚度。

基于有效粘贴长度的纤维片材加固RC梁斜截面计算方法

针对目前各国规范标准关于纤维片材加固钢筋混凝土梁斜截面推荐公式,对影响加固效果的关键因素考虑不足.基于纤维片材有效粘贴长度及粘贴层滑移特性,并引入纤维间应力分布系数、初始荷载修正系数及纤维有效应力折减系数,给出了一种新的纤维加固钢筋混凝土斜截面计算公式.最后,在收集60片纤维片材加固钢筋混凝土梁斜截面试验数据基础上,应用统计学原理对本文推荐公式及ACI440等建议公式预测结果进行对比分析.结果表明,该推荐公式预测结果较其他公式准确有效,并对该领域的进一步研究有一定借鉴意义.

基于裂缝指标的RC梁桥承载力检算评定

为利用裂缝信息实现对RC梁桥承载力的定量评估,将裂缝参数通过合适的方式进行无量纲化。根据裂缝对RC梁桥承载力的影响程度,选择裂缝的间距、宽度和高度作为参数;提出利用这3个统计参数与各自的权重值来表征结构裂缝指标,运用层次分析法确定各参数的权重,得出裂缝指标的计算表达式;对大量实际裂缝进行调查统计分析,得出裂缝指标与RC梁桥承载力检算系数的对应关系,通过结构抗力表达式进行结构检算,最终对桥梁承载力作出评定。以一座简支T梁桥为例,运用该方法进行承载力检算评定,所得结果与原桥荷载试验结果进行对比表明:该方法结果可靠,简便易行,经济性强,可以用于RC梁桥的承载力快速检算评定。

碳纤维薄板增强RC梁界面温度应力理论分析

以碳纤维薄板(CFL)为研究对象,考虑了增强钢筋混凝土(RC)梁和CFL薄板的剪切变形,并着重研究了温度变化对界面应力的影响,推导出在温度变化和力载荷作用下CFL增强RC梁界面应力分布公式。温度变化引起的界面应力分布为:在界面两端出现高应力集中,端部的应力值最大,应力在端部附近迅速下降到一个稳定值。在△T=50℃;q=50 kN/m的载荷水平下,温度变化产生的最大剪应力为1.7 MPa,最大正应力为1.3 MPa,均布载荷作用下产生的最大剪应力为0.8 MPa,最大正应力为0.7 MPa。在对碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁进行设计时考虑温度应力的影响是十分必要的。

高强钢丝网-UHPC加固损伤RC梁抗剪性能试验研究

为研究高强钢丝网-超高性能混凝土加固损伤钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,设计并制作了两根有腹筋工字形截面RC梁,其中一根作为对照梁进行一次性破坏加载试验,另一根经损伤加载产生剪切裂缝后对其两侧腹板布置高强钢丝网并浇筑UHPC进行抗剪加固。通过三点弯曲加载试验,研究了高强钢丝网-UHPC加固RC梁的抗裂性能、变形能力和抗剪承载能力,并分析了加固梁的破坏模式和失效原因。研究结果表明:高强钢丝网增韧UHPC加固方法可有效改善RC梁的抗裂性能,加固后梁的抗剪承载力显著提高。

服役RC梁桥CFRP板加固后的动态可靠度分析

建立起服役(RC)钢筋混凝土梁桥在(CFRP)碳纤维板加固前后正常使用状态下荷载效应的均值和标准差模型;采用模糊当量法将服役RC梁桥在正常使用极限状态的挠度当量转换为在一定区间内的均匀分布函数;在此基础上建立了服役RC梁桥在CFRP板加固后的正常使用极限状态方程。结合某座加固实体工程,采用JC验算点法计算了该桥在正常使用极限状态下,加固完成时及加固后的动态可靠度指标,得到了加固完成时可靠度指标的提高量及加固完成后可靠度指标的变化规律。研究发现:用CFRP板加固现有梁桥后,1号梁仍不能满足正常使用要求,2号梁在加固后服役30年后仍不能满足正常使用要求,说明目前采取碳纤维板加固桥梁在正常使用能力可靠性方面仍有所欠缺。

基于湿热环境耦合荷载作用的CFRP加固RC梁抗弯性能研究

为探究服役环境下碳纤维复合材料(CFRP)加固桥梁结构的长期性能,开展了不同荷载类型与湿热环境耦合作用下CFRP加固RC梁的加速腐蚀试验,探讨了湿热环境+空载或静载或交变荷3种工况试验梁的受力、变形、抗弯承载力及损伤演化规律,分析了梁体及黏结界面的损伤模式,通过微元体揭示了CFRP黏结界面剪应力的传递规律。结果表明:湿热环境耦合荷载作用下,黏结胶层塑化与基体水解是黏结界面性能劣化的主要原因;荷载尤其是交变荷载与湿热环境的耦合作用促进了黏结胶层的劣化,导致加固结构的力学性能进一步下降;荷载耦合作用增大了黏结界面剪应力向梁体端部传递的速率;交变荷载与湿热环境的耦合作用导致CFRP加固RC梁极限承载力、跨中挠度、CFRP极限应变分别下降了16.8%、38.3%和28.3%。

CFRP布混合粘贴加固RC梁斜截面抗剪性能研究

为了研究CFRP布混合粘贴技术加固钢筋混凝土梁斜截面抗剪性能,设计了4组钢筋混凝土T梁抗剪加固试验。分别对比了未加固的试验T梁、CFRP布普通外贴方式加固的试验T梁和CFRP布混合粘贴方式加固的试验T梁,同时对于加固的试验T梁考虑了分阶段加载二次受力性能。研究表明CFRP布混合粘贴加固的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力较未加固的试验T梁有显著提高,同时比CFRP布普通粘贴加固方式提高了9.34%。在挠度变形、混凝土裂缝的抑制、箍筋受力的改善以及碳纤维布材料强度利用率上均优于CFRP布普通外贴方式。二次受力的试验T梁因加固前腹板斜裂缝已经出现,因此整体刚度有所降低,导致挠度变形大于一次受力的试验T梁,二次受力的试验T梁其箍筋应力发展水平和一次受力梁差异不大,破坏时斜截面抗剪承载力降低了4.83%,降低程度较小。CFRP布混合粘贴加固形式中单根碳纤维布提供的抗剪贡献较大,钢板锚固件可以延缓CFRP布的剥离过程,阻止CFRP布向锚固件另一侧剥离发展。试验T梁最终破坏时,同一根CFRP布表面应变在两个钢板锚固件之间分布较为均匀且应变数值发展较大,CFRP混合粘贴加固形式充分利用了碳纤维布高强度和高弹性模量的特点,加固后CFRP布与箍筋受力协调关系较好。

RC梁桥震后可恢复性评价方法研究

在总结可恢复性相关研究的基础上,给出了桥梁可恢复性的概念。通过研究,提出了基于桥梁构件脆弱性曲线及修复加固方法,可以同时考虑恢复时间和初建时间的可恢复性评价方法,并建议了可恢复能力评价的标准。以一座多跨混凝土连续梁桥为例进行了算例分析。

锈蚀RC梁加固后时变可靠性分析

为分析锈蚀钢筋混凝土梁的耐久性,考虑钢筋与锚栓的锈蚀以及加固钢板的滞后效应影响,建立了锈蚀RC梁加固后的可靠性模型。基于服役40年的锈蚀损伤钢筋混凝土梁,采用Monte-Carlo法,讨论了分配荷载效应、汽车荷载等级、加固钢板厚度以及钢筋保护层厚度的对结构可靠性的影响。分析结果表明:汽车荷载等级对可靠性影响有较大的差异性;加固钢板厚度增大可以显著提高结构的可靠性指标,但钢板过厚结构易发生脆性破坏且钢板无法得到充分利用;保护层厚度对结构可靠性指标的提高并不明显。