FRP筋-钢筋混合配筋的超高性能混凝土梁受弯有限元分析

研究配筋率、混合配筋等效配筋率、FRP筋面积比、UHPC抗拉强度、钢筋配置形式对UHPC梁受弯性能的影响。分析各参数对UHPC梁屈服荷载、峰值荷载、挠度及破坏形式的影响。结果表明:随着配筋率的增加,纯钢筋UHPC梁刚度、屈服荷载、峰值荷载及对应的挠度均得到不同程度提高;UHPC混合配筋梁随FRP筋面积比的增大,峰值荷载及峰值荷载挠度增大,UHPC混合配筋梁的抗变形能力变差;随UHPC抗拉强度的提升,UHPC梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载增大,对应的挠度减小;采用双层布置的UHPC混合配筋梁比单层布置梁屈服荷载、峰值荷载小。本文为FRP-钢筋混合配筋UHPC结构的工程应用提供参考。

FRP筋混凝土短梁抗剪性能试验研究及承载力计算

为分析梁高、剪跨比、腹筋率等参数对纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土短梁抗剪承载力的定量影响,并验证前期基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算方法的科学合理性,对11根玄武岩FRP筋混凝土短梁开展了剪切破坏试验,试验梁最大梁高为1.2 m.试验结果表明,梁高、剪跨比、水平腹筋率、竖向腹筋率均对FRP筋混凝土短梁的抗剪承载力有显著影响.当梁高由300 mm增大到1200 mm,试验梁的无量纲极限抗剪强度下降46.7%.当水平腹筋率由0增大至1.0%,试验梁的无量纲极限抗剪强度提高40.5%.基于拉杆拱模型提出的抗剪承载力计算式可以合理反映梁高、剪跨比、水平腹筋率等因素的影响规律,计算结果与本试验结果及搜集试验数据均吻合良好.

CFRP筋-珊瑚混凝土梁受弯性能试验研究

为研究CFRP筋-珊瑚混凝土梁受弯性能,开展了CFRP筋-珊瑚混凝土梁受弯试验,以同直径的普通钢筋-珊瑚混凝土梁为对照组,对CFRP筋-珊瑚混凝土梁的抗弯承载力、破坏模式、裂缝开展及挠度进行了研究。结果表明:配筋率和混凝土强度相同的情况下,CFRP筋-珊瑚混凝土梁承载力高于普通钢筋-珊瑚混凝土梁;混凝土强度分别从34.8MPa和37.7MPa增加到44.0MPa时,试验梁极限承载力分别提高了21.42%和16.11%,裂缝宽度分别平均减小3.6%和5.9%,挠度也随混凝土强度的提高而减小。采用了美国规范ACI 440.1R-15对CFRP筋-珊瑚混凝土梁的抗弯承载力进行了计算,发现其被高估,建议考虑构件挠度的影响。

体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的理论与数值分析

随着服役时间的增长和车辆荷载的增加,老旧的钢筋混凝土桥梁面临承载力不足、变形超限等问题,采用体外预应力CFRP筋对其加固是一种有效的解决方法。采用有限元分析软件ABAQUS对某跨度24 m的铁路桥梁进行数值模拟与参数分析,其中,根据不同的CFRP预应力筋的直径(31 mm、43 mm、61 mm)和预应力大小(250 MPa、500 MPa、750 MPa、1000 MPa、1250 MPa),获得模型梁的开裂弯矩、梁底钢筋屈服弯矩以及梁开裂时的跨中变形。将《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)等现行规范的理论计算结果与数值模拟结果进行对比,发现两者吻合良好,误差在15%以内,从而验证了规范中钢筋混凝土梁开裂弯矩计算公式、正截面承载力计算公式以及跨中挠度计算公式对于体外预应力CFRP筋加固钢筋混凝土梁的适用性与准确性,为实际工程加固设计提供参考。

基于试验数据分析的FRP筋混凝土梁抗弯承载力预测方法

新型纤维增强复合材料(FRP)被视为一种可取代钢筋的理想增强材料,在岛礁及近海工程中得到广泛应用。参照相关规范的参数规定及基本假定,对国内外89根FRP筋混凝土梁的试验数据进行统计分析,引入无量纲化参数μp,建立了一种基于试验数据分析的抗弯承载力预测方法,并与我国现行规范中的计算方法进行对比分析,验证了本文提出预测方法的可靠性和预测精度。结果表明:基于试验数据分析的FRP筋混凝土梁抗弯承载力预测结果与试验结果吻合较好,M_(pre)/M_(exp)平均比值为0.96~1.03,为FRP筋混凝土梁极限承载力评估提供了一种新途径。

BFRP筋珊瑚混凝土梁抗弯试验与数值模拟

通过试验研究不同配筋率的BFRP筋珊瑚(普通)混凝土梁的抗弯性能,分析了试件的破坏形态、承载力、挠度和BFRP筋应变并利用ANSYS软件建立了精细化有限元模型进行数值模拟。结果表明,试件的破坏形态包括弯曲破坏和剪切破坏,相同配筋率的两种混凝土梁开裂、极限荷载相近;增大配筋率,BFRP筋珊瑚混凝土梁的极限荷载增大,跨中挠度减小;所有试件的开裂荷载为15~20kN,大约是极限荷载的10%;数值模拟结果与试验结果吻合较好。

非对称集中荷载下无腹筋RC梁受剪性能试验研究

非对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁具有两个不同的剪跨比,而两剪跨段受剪承载力与剪力作用之间的相对大小存在不确定性.通过开展6根非对称和4根对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁受剪性能试验研究,获取了破坏形态、荷载-跨中位移曲线和纵向受拉钢筋应变,并分析了《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)公式、修正压力场理论、基于截面应变分析的抗剪模型和Zsutty统计公式的适用性.结果表明,对于小剪跨比恒为1.0的无腹筋简支梁,大剪跨比为2.0~4.0的梁均在大剪跨段发生剪切破坏;当大剪跨比由3.0增大至3.5时,梁的极限承载力出现由大剪跨段控制转变为小剪跨段控制的现象《.混凝土结构设计规范》(GB50010—2010)预测非对称集中荷载作用下钢筋混凝土无腹筋简支梁发生剪切破坏的位置与试验结果相反,而Zsutty统计公式的预测效果最好.

FRP筋混凝土梁的刚度试验研究和理论计算

该文进行了6根简支梁的单调加载试验,试验梁的增强筋分别为普通钢筋、GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋和BFRP(Basalt Fiber Reinforced Polymer)筋,每组2根梁。分析比较了FRP筋混凝土梁的抗弯刚度、裂缝分布形式等与普通钢筋梁的区别。对依据国内外规范给定的短期抗弯刚度计算公式计算得出的荷载-挠度曲线与试验曲线进行了比较。基于试验研究和机理分析,借助收集的国内外开展的31根FRP筋混凝土梁的试验数据,对现行GB 50608—2010中FRP筋混凝土梁的短期刚度计算公式Bs进行了修正,并对修正公式的适用性进行了校核。试验结果表明:在相近截面配筋率情况下,由于自身较低的弹性模量,FRP筋混凝土梁在开裂后的抗弯刚度要明显低于普通钢筋梁;FRP筋混凝土梁的裂缝间距要大于普通钢筋梁,裂缝显得疏而宽;现有规范大都高估了FPR筋梁的短期抗弯刚度;修正后的短期抗弯刚度计算公式具有很好的适用性,可作为后续规范修订的参考。

FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁受弯性能

根据FRP筋和钢筋的本构模型,提出了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁2种名义配筋率和3种破坏模式的概念,并给出了3种破坏模式的判别条件.利用正截面受弯承载力计算基本假定和截面受力平衡条件,推导了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土适筋梁正截面受弯承载力建议计算公式.设计制作了5根不同FRP筋和钢筋配筋面积比的混合配筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合相关试验数据分析表明,适筋梁正截面受弯承载力建议公式计算值与试验实测值吻合较好,可供工程设计参考;建议在对承载能力要求较高而挠度控制较低的情况下使用混合配筋混凝土梁以充分利用材料的强度;合理控制混合配筋梁的配筋率及FRP筋和钢筋的配筋面积比,其延性性能满足设计要求.

CFRP筋及其加筋混凝土梁感知性能试验与分析

对14个CFRP筋试件进行受拉试验,试验采集(carbon fiber reinforced polymer)CFRP筋的应力、应变和电阻值,基于压阻效应CFRP筋电阻随拉应变增加而增加.当CFRP筋破坏时其电阻变化率为31%-64%,直径4 mm和6 mm的CFRP筋应变敏感系数分别是30.5和38.6,是普通电阻应变片灵敏系数的13.80倍和17.47倍.CFRP筋电阻变化主要是由于电阻率变化引起的,碳纤维的弹性变形引起的电阻变化很小.对6根CFRP加筋混凝土梁进行三分点静力加载试验,试验记录了梁中CFRP筋电阻随梁跨中变形增加的变化曲线.当混凝土梁破坏时CFRP筋电阻变化率为2.54%-6.87%.试验研究表明CFRP筋既可用作混凝土结构的受力筋,又可用作传感器进行结构健康监测.

GFRP筋混凝土梁抗剪承载力影响因素

为深入研究玻璃纤维（GFRP）筋混凝土梁的抗剪性能,通过57根混凝土梁的试验,对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响因素进行了研究.重点分析了箍筋和剪跨比对GFRP筋混凝土梁抗剪承载力的影响;在配筋率、几何尺寸、混凝土强度和剪跨比相同的条件下,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁的抗剪承载力进行对比分析,探讨了GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数与剪跨比的关系.结果表明：箍筋能使GFRP筋混凝土梁的初裂抗剪强度提高7.4%~30.0%;GFRP筋混凝土梁达到极限承载力时,箍筋的最大应力远小于其抗拉强度,验明了有效应变控制抗剪能力的正确性;随剪跨比减小,GFRP筋混凝土梁的抗剪承载力先增大,后减小;GFRP筋对混凝土抗剪能力的影响系数随剪跨比减小而增大.

CFRP加筋混凝土梁的力学性能试验与分析

采用两种CFRP筋(表面形式分别为螺旋缠绕纤维束和粘砂两种),分别制作两组各3根2.1m长的简支CFRP加筋混凝土梁并进行三分点静力加载直到破坏的试验和分析。试验研究CFRP加筋混凝土梁在各级荷载作用下的开裂形式、破坏形式、极限承载力及荷载-变形特性。提出CFRP加筋混凝土梁的变形、极限承载力的计算公式,计算值与试验值吻合较好。

玄武岩纤维筋混凝土梁非线性有限元分析

BFRP是一种性能优异的新型复合材料,为研究其在混凝土领域的应用,采用ANSYS软件分别对1个钢筋混凝土梁和3个玄武岩纤维筋混凝土梁进行非线性有限元分析,对它们的跨中挠度和裂缝发展情况进行对比。发现由于BFRP筋的高强度低弹性模量特性,致使玄武岩纤维筋混凝土梁的跨中挠度过大以及裂缝发展过快。而在考虑利用ANSYS强大的数值模拟功能,通过不断调整BFRP筋配筋量,最终达到用玄武岩纤维筋替代钢筋且不影响正常使用的目的。

FRP筋混凝土梁抗剪性能的研究进展

与普通钢筋相比,FRP筋具有抗拉强度高、抗腐蚀性能优良、重量轻、弹模低等优点,较适用于特殊环境下的混凝土结构。但是FRP筋的横向强度很低,因此,关于FRP筋混凝土结构的抗剪性能是国内外工程领域非常关注的一个问题。本文分别介绍了国内外关于非预应力和预应力FRP筋混凝土结构抗剪性能研究的主要成果,并对今后拟开展的研究工作提出了建议。

腹部开设圆孔钢筋混凝土梁的试验研究(Ⅱ)

通过构件试验结果讨论了腹部开设圆孔钢筋混凝土梁在集中荷载作用下孔侧加强腹筋的受力特点，孔侧混凝土的变形特点和斜截面承载力特点。

纤维塑料筋混凝土梁延性分析的能量表示法

由于普通钢筋混凝土梁基于钢筋屈服的延性分析方法不能直接用于仅配纤维塑料筋(FRP)的混凝土梁,通过分析国内外有关FRP筋混凝土梁的研究成果,引入了一种针对FRP混凝土梁的基于能量的延性定义,并给出了“延性比”的能量表达式。该定义同时适用于普通钢筋混凝土梁的延性分析。

纤维塑料筋混凝土梁挠度的计算方法

本文基于本课题组与国外已有试验研究,根据纤维塑料筋混凝土梁的非线性有限元分析与试验结果的验证,对纤维塑料筋混凝土梁挠度的计算方法进行了较系统的研究。研究表明,纤维塑料筋混凝土梁的刚度随配筋率和混凝土强度的提高而增大;当纤维塑料筋混凝土梁发生受拉破坏时,增加配筋率可提高其极限变形能力,而当发生受压破坏时,极限变形能力与配筋率成反比;纤维塑料筋混凝土梁开裂截面内力臂长度系数可取为0.94。在此基础上,提出了纤维塑料筋混凝土梁挠度的设计建议。按本文建议公式计算的纤维塑料筋混凝土梁挠度值与试验结果吻合良好。

冲击荷载作用下钢纤维混凝土配筋梁性能试验

为探讨冲击荷载作用下掺有端钩型钢纤维的配筋混凝土梁的抗冲击性能,对6根简支的有不同钢纤维体积掺量和不同配箍率的试件进行了落锤冲击试验,冲击点为跨中.分析了不同钢纤维体积掺量和不同配箍率对钢筋混凝土梁的抗冲击能力的影响,并采用高速摄像机记录了各试件的开裂形态.详细分析了试件的开裂形态、跨中位移时程曲线、试件中纵筋和箍筋应变时程曲线的特征.结果表明:在相同冲击荷载作用下,配箍率较高的试件中钢筋发生屈服乃至失效的几率相对较小,随着配箍率的增加,试件承受冲击荷载时产生的最大裂缝宽度减小;在冲击荷载作用下,提高钢纤维体积掺量对构件混凝土基体强度的影响相对不大,但对于试件刚度的影响较为明显;同时,钢纤维含量的增加,会减少梁中箍筋的应变,使得钢筋混凝土梁中钢筋发挥更好的作用;钢纤维体积掺量的增加,可以明显减少试件在冲击荷载作用下裂纹的发生与开展,并改变梁本身的开裂形态,使得裂缝发生的区域相对集中,形成主要集中在试件跨中的竖直裂纹,而支座附近裂纹相对减少.

BFRP筋再生混凝土无腹筋深梁抗剪承载力

为研究BFRP筋再生混凝土无腹筋深梁抗剪承载力,完成了9根集中荷载作用下的BFRP筋再生混凝土无腹筋深梁的抗剪试验,分析了深梁的破坏过程、破坏形态及剪跨比、BFRP筋配筋率、再生混凝土抗压强度对梁抗剪承载力的影响,并基于加拿大规范和试验数据拟合出了BFRP筋再生混凝土无腹筋深梁抗剪承载力计算公式。结果表明:BFRP筋再生混凝土深梁主要发生剪切破坏,随剪跨比增大,破坏形式由剪切破坏向弯剪破坏转变;试验梁的抗剪承载力随剪跨比的增大而减小,随BFRP筋配筋率和再生混凝土抗压强度的提高而增加;采用所提公式的计算结果与试验值吻合较好,且具有一定安全度。

锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能

为合理评估既有锈损混凝土桥梁的剩余疲劳寿命,对8根模拟锈蚀钢筋混凝土梁进行了高周疲劳试验,研究和探讨了锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能。结果表明:交变荷载作用下试件的斜裂纹出现并迅速发展成主裂缝;模拟锈蚀钢筋混凝土梁多在端部发生剪切疲劳破坏;试件的挠度发展、裂缝分布与破坏形态密切相关;随循环次数增加,锈蚀主筋的最大、最小应力不断增长,应力幅值基本不变;混凝土的最大、最小压应变快速增长,应变幅值平稳增长;试件的疲劳寿命具有较大的离散性;同等条件下,模拟锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命往往比锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳寿命长。