无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法

为完善无筋钢纤维混凝土管片的设计方法,加速其在城市轨道交通中的应用,提出一种新的无筋钢纤维混凝土管片正截面结构设计方法。根据已有对钢纤维混凝土本构关系的研究成果,依据地铁管片的受力特点,分析了影响地铁管片正截面承载力的主要因素。依据无筋钢纤维混凝土管片极限拉应变与钢筋混凝土的极限拉应变不在一个数量级上的差异,结合现行混凝土规范,采用平面假设,把应力和应变作为无筋钢纤维混凝土管片设计的特征值;用钢纤维混凝土应变的取值范围对应不同的设计工况,将不同工况下的无筋钢纤维混凝土管片的设计验算结果归结到同一张应力应变图中。论述了采用轴力-弯矩包络图进行正截面设计验算的主要流程,并通过一个工程实例展示不同工况下无筋钢纤维混凝土轴力-弯矩包络图的相互关系。计算结果表明:在正常使用极限状态下,强度是影响承载能力的主要因素;而承载能力极限状态下,特别是偶然荷载作用下,无筋钢纤维混凝土的韧性是影响承载能力的主要因素。

新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型研究

提出一种新型型钢-混凝土组合柱,并对其进行数值模拟分析,研究翼缘厚度、钢管径厚比、轴压比、混凝土强度等参数对该组合柱抗震性能的影响。将新型型钢-混凝土组合柱截面进行合理简化,基于平截面假定建立组合柱正截面承载力计算公式,通过对比试验与模拟数据,发现公式计算结果具有较高精度。进一步提出组合柱截面屈服点、峰值点、破坏点、加载刚度、卸载刚度等特征参数的计算方法,确定恢复力模型的滞回规则,最终建立基于退化三线型模型的新型型钢-混凝土组合柱恢复力模型。将公式计算得到的滞回曲线与试验得到的滞回曲线进行对比,发现二者吻合较好。

型钢混凝土十字形异形柱正截面承载力计算方法

为研究型钢混凝土十字型异形柱承载力计算方法,根据已完成的低周反复荷载试验及有限元分析,并考虑箍筋约束作用编制截面弯矩-曲率关系计算程序,对试件正截面承载力进行计算,并分析不同参数对型钢混凝土十字异形柱正截面承载力的影响。结果表明:计算结果与试验结果和有限元分析结果吻合较好。随着混凝土强度、配钢率、型钢屈服强度的增大,正截面承载力增大;随着配箍特征值的增大,正截面承载力增大,但增大幅度较小;不同轴压力、荷载角对正截面承载力的影响规律不同。型钢混凝土十字型异形柱与混凝土十字型异形柱相比,正截面承载力有较大提高。分析方法和计算程序有效、稳定、精确,能较为准确地预测型钢混凝土十字型异形柱正截面承载力。

BFRP筋碱激发海砂混凝土梁抗弯性能研究

本文提出了一种玄武岩筋碱激发海砂混凝土(BASC)梁的新型材料结构构件。为了研究BASC梁抗弯性能,制作了5根混凝土梁,研究了玄武岩筋(BFRP)配筋率和不同筋材类型对碱激发海砂混凝土(ASC)梁抗弯性能和破坏模式的影响。试验结果表明:BASC梁配筋率的提升对开裂荷载影响不大,但却能有效提高其极限荷载。以0.27%配筋率为参照组,当配筋率提高至0.48%、0.75%、1.08%时,BASC梁的极限承载力分别提高了109.46%、119.60%和189.66%。与普通钢筋相比,BFRP筋弹性模量较小,配筋率相同的情况下,普通钢筋ASC梁的开裂荷载比BASC梁大50%。本文提出了正截面抗弯承载力、最大裂缝宽度和挠度的理论计算模型,由于受到ASC中氯离子扩散的影响,需要对计算模型进行修正,拟合后BASC梁的计算值与试验值吻合较好,可为BASC梁在海洋工程中的应用提供参考。

基于叠加理论的钢管混凝土偏压构件正截面承载力计算

圆截面钢管混凝土在偏心受压下,核心混凝土与钢管两种部件在工作时虽有较好的协同性,但钢材与混凝土的材料属性差异较大,而统一理论是将钢管混凝土作为一种新材料,对于钢管和混凝土两种部件各自的受力状态描述并不明晰。参照钢筋混凝土偏心受压构件正截面承载力的计算方法,合理选择核心混凝土本构,计算等效矩形应力图系数,并基于叠加理论和极限平衡理论,分别对3种不同受力类型下圆截面钢管混凝土偏心受压构件正截面承载力进行理论推导。结合收集到的61组试验结果进行实例验证,并引入我国CECS 28∶2012规程、JCJ01-89规程和Eurocode 4规程与结果进行对比,结果表明公式对钢管混凝土偏压构件承载力的预测效果最佳,为优化钢管混凝土构件的截面设计提供了一定的依据。

新型预应力支护桩结构体系及配筋方法研究

常规桩锚支护体系中支护桩主筋不能回收,支护任务完成后成为建筑垃圾,造成极大的资源浪费。为响应国家“双碳”战略,提出一种新型可回收主筋的预应力支护桩。对该新型支护桩的结构构造、材料选择、施工工艺流程、回收主筋技术要点等方面进行介绍,对其受力方式和工作机理进行深入研究,基于传统的计算方法,提出一种新的配筋计算方法。为了确定新方法中张拉控制应力的合理取值范围,应用ABAQUS有限元软件进行了数值模拟分析,得到不同工况下新型支护桩的抗弯承载力,并将其与新的配筋计算方法得出的抗弯承载力结果进行对比,结果表明,新的配筋方法仅适用于张拉控制应力不超过300 MPa的情况。

钢纤维轻骨料混凝土梁的弯曲性能研究

为了给钢纤维轻骨料混凝土(SFRLC)梁的设计提供受弯性能基本参数,对4根强度等级为LC40的SFRLC梁进行了单调荷载作用下的弯曲试验,测试了梁的开裂荷载、跨中位移、极限承载力和裂缝开展延伸形态等基本性能。试验结果表明:钢纤维的掺入提高了混凝土梁的开裂荷载、承载力和延性,并使梁截面的平均应变更符合平截面假定;在普通混凝土正截面梁计算式的基础上,综合考虑以上影响因素,修正了SFRLC梁正截面计算式;并在试验数据拟合的基础上,确定了相关参数。通过对比受弯承载力发现:采用该公式计算出的梁正截面承载力稍小于实测值,偏于安全,可给SFRLC梁的设计提供参考。

碳纤维网格加固梁抗弯性能试验研究

为促进碳纤维网格这种新型碳纤维产品在桥梁工程中的应用,以桥梁规范中的适筋梁理论为基础设计试件,采用实际工程的碳纤维网格加固方案分别对未开裂的和开裂的钢筋混凝土梁试件进行加固,开展碳纤维网格加固梁正截面破坏试验研究,并与未加固梁试验结果进行对比分析。结果表明:在试验荷载作用下未加固梁、无损伤加固梁和有损伤加固梁均发生了正截面破坏;无损伤加固梁和有损伤加固梁开裂荷载相当,但裂缝特点不同;加载过程中无损伤加固梁的变形小于有损伤加固梁和未加固梁的;荷载较小时,有损伤加固梁与未加固梁跨中挠度相当,随着荷载的增加,有损伤加固梁的变形开始小于未加固梁;无损伤加固梁和有损伤加固梁的抗弯承载力较未加固梁分别提高了13.6%和16.7%;卸载时,加固梁的变形出现了明显的回弹现象;加载过程中未出现界面剥离问题。研究结果可为评估碳纤维网格在桥梁工程中的加固效果提供参考。

蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁受弯性能研究

为探究新型蒸压硅酸盐陶粒在桥梁结构中应用的可行性,进行了蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁的静力受弯试验,研究了梁的受力过程和变形规律,并分析了其正截面弯曲承载力以及挠度。结果表明:随着蒸压硅酸盐陶粒掺量的增加,混凝土梁的正截面抗弯承载力最大提升了20%;使用普通混凝土梁的计算公式对蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁的承载力进行计算,得到的实测值均高于理论值,安全系数可达1.1倍以上;蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁的裂缝发展和破坏规律与普通混凝土梁一致,可以安全地用于桥梁结构,减轻桥梁自重;采用现行规范中关于正截面受弯承载力和挠度的计算公式对蒸压硅酸盐陶粒混凝土梁进行设计,其结果安全可靠。

高强砂浆粘贴碳纤维网格布加固钢筋混凝土梁正截面受弯性能试验研究

通过对5个不同的高强砂浆粘贴碳纤维网格布加固钢筋混凝土梁加固试件及1个未加固试件的对比试验,分析了该加固方法的有效性,测试了各试件抗弯承载力、延性、破坏形态,并提出了该类构件的抗弯承载力计算方法。结果表明:(1)采用高强砂浆粘贴碳纤维网格布加固梁后,梁的抗弯承载力提高了36%~57%;(2)可通过在梁底增加粘贴层数或在梁侧增加粘贴面积提高高强砂浆粘贴碳纤维网格布加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力,在梁侧粘贴时,粘结高度不宜超高梁高的1/2;(3)用本文建议公式可计算高强砂浆粘贴碳纤维网格布加固钢筋混凝土梁正截面受弯承载力,公式中的纤维网格布抗拉强度折减系数,对于在梁底粘贴1层粘贴碳纤维网格布的构件可取0.5;对于在梁底粘贴2层粘贴碳纤维网格布的构件可取0.7;对于梁底全部以及梁侧1/2高度处粘贴1层的构件,可取0.45。

钢筋混凝土加固砖砌体拱涵承载力计算方法

针对采用高性能钢筋混凝土对排水主渠砌体拱涵结构进行非开挖加固时关于承载力的计算问题,提出了拱腹加固砌体的拱涵、拱顶和拱趾的正截面承载力计算公式。依据拱腹加固砌体的拱涵受力特点,提出了内力计算简图。研究结果表明:采用拱腹高性能钢筋混凝土进行非开挖加固修复,可有效阻止塑性铰的出现;当砌体拱涵拱腹采用增大截面法加固时,计算简图可采用无铰拱计算,并通过实例进行验证,发现本方法的计算结果与试验数据吻合良好,可为类似砖砌体排水拱涵加固设计提供借鉴。

旧桥主梁承载力分析与加固措施

为解决旧桥主梁承载能力下降快、安全储备小的问题,通过对旧桥进行受力检算和病害分析,提出了主梁抗弯加固设计方案,即跨中底板一定范围内粘贴两道宽度为40 cm的碳纤维布,边梁设置双层,中梁设置单层,在底板纵向碳纤维布端部截断处设置20 cm宽的U型碳布压条,其延伸长度范围内设置4道40 cm的宽U型箍锚固,并于中横隔板两侧分别设置20 cm宽的U型箍碳布。针对部分主梁抗剪不足问题,提出了具体加固措施,从距支点100 cm处开始斜向45°粘贴8 mm厚钢板,每道宽度15 cm,呈非等间距分布粘贴,其中边梁设置13道,中梁设置10道,并与上端粘贴纵向钢板压条予以锚固。结果表明:验算加固后的主梁抗弯和抗剪承载力均满足设计要求,具备一定的安全储备,研究可为同类主梁加固设计、运营管理和养护措施制定等提供参考。

内填砌体的密肋复合墙体极限承载力计算

结合课题组前期的研究成果,就一种新型结构的主要受力构件——密肋复合墙体的极限承载力进行研究。建立了偏心受压和偏心受拉复合墙体斜截面受剪承载力计算公式,并就影响墙体斜截面受剪承载力的因素进行了讨论;建立了墙体正截面压弯、拉弯承载力实用计算公式,并给出了墙体最终发生弯、剪破坏模式的判定。理论研究与试验分析表明:依据极限平衡理论,采用理论与经验相结合建立起来的复合墙体斜截面受剪承载力计算公式和以应变平截面假定为基础,理论推导所得的复合墙体正截面承载力计算公式,具有一定的理论依据和实用价值,满足实际工程计算需要。

高强混凝土构件正截面承载力计算方法

根据近年来国内外高强混凝土的研究成果，总结了高强混凝土强度指标的换算关系，提出正截面承载力计算用的高强混凝土受压应力－应变曲线。根据该关系曲线分析了高强混凝土构件的正截面承载力，建议了应力－应变曲线参数的取值。在此基础上，进一步给出了等效矩形应力图形系数。

高强轻骨料混凝土梁承载力的研究

在6根高强轻骨料混凝土梁、2根高强普通混凝土梁正截面受弯承载力试验的基础上,提出了轻骨料混凝土强度等级提高后的正截面受弯承载力的计算方法;在对110根轻骨料混凝土梁斜截面受剪承载力试验数据分析的基础上,提出了轻骨料混凝土强度等级提高后的斜截面受剪承载力计算公式,为《轻骨料混凝土结构技术规程》的编制提供依据。

刚性荷载下现浇X形桩复合地基桩侧摩阻力数值分析

作为异形截面桩,现浇X形桩承载特性主要受侧摩阻力特性的影响。采用有限元软件ABAQUS建立了三维X形桩和圆形桩单桩复合地基计算模型,对比分析了两种桩型的侧摩阻力分布特点和侧阻承载能力的差异。分别分析了X形桩侧摩阻力沿桩周和桩长的分布特性。结果表明:X形桩侧摩阻力和侧阻承载能力都优越于等截面积的圆形桩,在理想成桩条件下,X形桩侧摩阻力在0.9倍桩长深度处比圆形桩侧摩阻力有较大的提高。在水平方向,由于土拱效应,X形桩凸出段侧摩阻力为凹弧段的1.5～3倍。深度方面,X形桩凸出段侧摩阻力与凹弧段侧摩阻力比值沿深度逐渐增大。这些结论为X形桩的承载力设计计算提供了一定的理论依据。

圆形截面钢筋混凝土受弯构件正截面承载力的快速实用计算方法

针对《混凝土结构设计规范》（ＧＢＪ１０－８９）中圆形截面钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算公式，通过设置若干特征参数，建立起它们和圆截面受压区面积与总面积之比α的关系图表，从而使正截面承载力的计算避免了求解超越方程和多次迭代计算等麻烦。计算方法求解快捷，简便实用，计算结果基本为精确值。

桁架式型钢混凝土异形柱正截面承载力的试验研究

根据异形柱截面特点和型钢混凝土结构的粘结力特性,设计4根内含桁架式型钢骨架的不对称T形截面型钢混凝土异形柱试件,进行轴心和偏心压力(包括双偏压)作用下的试验研究,以揭示桁架式型钢混凝土异形柱的工作机理、破坏形态和极限承载力.试验结果表明:桁架式型钢混凝土异形柱的破坏过程与普通钢筋混凝土构件相似,横截面的平均应变基本符合平截面假定,型钢和混凝土能够保持协同工作直至极限承载力破坏,试件破坏时型钢没有屈曲.初步掌握了桁架式型钢混凝土异形柱正截面承载力破坏的一般规律,得出了桁架式型钢混凝土异形柱的承载能力比普通钢筋混凝土异形柱有明显提高的结论.

高掺入量再生骨料混凝土梁正截面受弯性能试验

目的研究高掺入量再生混凝土梁正截面受力变形性能和破坏特征与普通混凝土梁的差别.方法参照普通混凝土配合比设计方法配制再生粗骨料混凝土,采用相同尺寸和配筋率制作了12根再生混凝土简支梁和3根普通混凝土简支梁,进行静力加载试验.结果再生骨料混凝土梁在受力过程中经过了明显的弹性、开裂、屈服、极限4个阶段.再生混凝土梁的极限弯矩小于普通混凝土梁,掺入量为50%、60%、70%、80%的梁,最大承载力比普通混凝土梁分别下降了11%、12%、15%、16%.结论采用现行《混凝土结构设计规范》公式来计算高掺入量再生混凝土梁的极限弯矩、开裂荷载、挠度依然是可行的.

冷轧带肋钢筋焊接网混凝土板抗弯性能试验

为研究冷轧带肋钢筋焊接网混凝土板的抗弯性能,通过拉伸试验,获得了CRB600H与CRB550冷轧带肋钢筋的力学性能指标;进行了32块冷轧带肋钢筋焊接网混凝土板的受弯性能试验,测定了试验板的开裂弯矩、裂缝分布情况、变形发展规律和正截面承载力.研究结果表明:焊点未对CRB600H与CRB550冷轧带肋钢筋的力学性能产生影响;横向钢筋对试验板的开裂弯矩、裂缝间距和裂缝宽度无明显影响.建立了这类板的短期刚度计算公式,与普通混凝土板相比,这类板的抗弯刚度高约10%.根据配置CRB600H和CRB550钢筋网试验板的破坏模式,提出了这两种板正截面承载力的计算方法.