碳纤维加固PC空心板简支梁桥应用研究

为研究碳纤维在预应力空心板梁桥加固中的应用,基于现行桥梁加固设计规范,提出了碳纤维布加固预应力混凝土空心板抗弯承载力计算方法。以某始建于2006年的3跨22m简支结构桥梁为工程依托,采用粘贴碳纤维布方法对该桥进行加固,对加固前、后荷载试验结果进行对比分析,结果表明,粘贴碳纤维布加固PC空心板能够提高其计算抗弯承载力,同时可以降低板梁底部混凝土拉应力,增加空心板抗弯刚度。

PC变截面空心板桥不同病害的加固方法

对国内外研究现状进行了广泛的了解,结合工程桥梁检测结果,在项目组已有研究积累的基础上,对PC变截面空心板病害加固方法进行了研究,以便在今后的设计、施工、养护过程中能找出控制裂缝的有效办法。

基于静载试验的在役PC空心板桥承载能力分析

为分析某在役PC空心板桥承载能力,采用静载试验结果进行评价。静载试验效率系数在规范要求范围内,试验结果表明该桥静力测试时部分测点校验系数大于1,说明该桥承载能力不能满足设计要求。

底面受火预应力混凝土空心板耐火性能的有限元分析

在试验研究的基础上,为进一步认识高温下预应力混凝土空心板的耐火性能,采用有限元软件ABAQUS建立了恒载升温条件下预制空心板的非线性有限元模型,对高温下预应力混凝土空心板的温度场进行数值模拟,有限元分析得到的预应力混凝土空心板孔洞内和板面的温度场分布与实测结果基本吻合;基于有限元分析得到的预应力混凝土空心板温度场分布结果,采用顺序耦合的方法对恒载升温条件下的预应力混凝土空心板进行了非线性热-力耦合分析,分析得到的位移—时间曲线与试验结果变化趋势一致。提出的有限元模型能较准确地预测预应力混凝土空心板火灾下的性能,有限元分析结果对进一步认识预应力混凝土空心板的耐火性能具有一定的指导意义。

粘贴不同FRP布加固预制空心板的试验研究和计算分析

预应力混凝土空心板老化损伤或使用荷载增加均可能导致其受弯承载力不能满足要求，影响结构的正常安全使用。本文共进行了10块粘贴不同FRP布加固预制空心板的对比试验研究，其中3块为对比试件（CS1～CS3），2块为粘贴不同宽度GFRP布加固试件（S1、S11），3块为粘贴不同宽度和厚度CFRP布加固试件（S2、S3、S10），2块为粘贴不同层数BFRP布加固试件（S12、S13）。研究结果表明，粘贴不同类型FRP布加固预制空心板的极限荷载明显提高21％～119％，平均提高67％；极限位移显著增加60％～135％，平均提高100％。加固试件跨中截面应变随荷载增加仍基本符合平截面假定。随着FRP布宽度和厚度增加，相同荷载作用下加固试件受拉边缘中心FRP布的拉应变有所降低。粘贴FRP布加固预制空心板的理论计算和有限元分析结果均与试验值吻合较好，满足工程精度要求。根据所提出的设计公式，可进行粘贴FRP布加固预制空心板的设计，且易于施工。

粘贴竹板加固预应力混凝土空心板的试验研究

进行了9块粘贴竹板加固预制空心板的对比试验,其中3块为对比试件,6块为粘贴不同宽度和厚度竹板的加固试件.研究结果表明,粘贴不同竹板加固后,预制空心板开裂荷载较未加固对比试件提高5%～96%,平均提高41%;达到允许挠度时的荷载提高8%～76%,平均提高35%;极限荷载提高83%～184%,平均提高123%.各荷载的提高幅度均随竹板厚度和宽度的增加而增大.随荷载增加,加固试件跨中截面沿截面高度应变仍基本符合平截面假定.随着竹板厚度和宽度的增加,相同荷载作用下加固试件受拉边缘中心竹板拉应变和受压边缘中心混凝土压应变均较未加固对比试件有所降低.

粘贴CFRP布加固受火后预应力混凝土空心板的试验研究

为研究火灾后预应力混凝土空心板采用粘贴碳纤维布加固前后的力学性能和破坏形态,进行8块受火后加固的预应力混凝土空心板的静载试验研究,并考虑15,30,45和60 min 4种不同受火时间。研究结果表明:粘贴CFRP布加固受火损伤预制空心板能有效抑制其开裂并显著提高承载力,但破坏模式由加固前的弯曲破坏转变为剪切破坏;受火加固试件初始弯曲刚度小于未受火对比试件的弯曲刚度,但后期弯曲刚度明显大于未受火对比试件的弯曲刚度。

钢筋网细石混凝土加固受火后预应力混凝土空心板的试验研究

为研究火灾后预制空心板采用钢筋网细石混凝土加固前后的力学性能和破坏形态,对不同受火时间条件下采用钢筋网细石混凝土加固预制空心板的8个试件进行静力试验,其中3个对比未受火未加固试件,1个未受火加固试件,4个分别受火15、30、45和60 min后的加固试件。研究结果表明,钢筋网细石混凝土加固受火预制空心板均发生弯曲破坏;加固能有效抑制试件的开裂,提高弯曲刚度。加固试件的开裂荷载和极限荷载均大幅提高,极限位移有所降低。相同荷载作用下,钢筋网中受压纵筋压应变和孔洞内埋设受拉纵筋拉应变均随受火时间增加而增大。在考虑材料火灾损伤基础上,采用等效截面法计算加固试件的极限承载力是可行的。

预制空心板受火后力学性能的试验研究

为比较不同受火时间后预制空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,进行了6块预制空心板受火后力学性能的对比试验研究,其中3块为未受火的对比试件,另3块为板底分别受火23、38、53min的试件。受火试验结果表明,各试件在升温过程中的跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后,跨中挠度大部分可恢复。加载试验结果表明,对比试件和受火试件的最终破坏模式均为弯曲破坏;随着受火时间延长,试件开裂荷载和破坏荷载均有所降低,且破坏荷载与受火时间大致呈线性关系;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,相同荷载作用下,受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变,均明显大于对比试件。

受火后冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板受弯性能试验研究

为比较不同受火时间后的力学性能,进行了7块冷拔低碳钢丝预应力混凝土空心板的对比试验研究,其中3块未受火对比试件,4块底面分别受火20 min、40 min、60 min和80 min试件。研究结果表明,对比试件和受火试件均发生弯曲破坏。升温过程中预制空心板跨中挠度随受火时间显著增加,熄火自然冷却后受火20 min和40 min的试件跨中挠度可恢复;而受火试件60 min和80 min的试件跨中残余挠度接近15 mm。随着受火时间延长,受火后预制空心板开裂荷载、极限荷载和初始弯曲刚度均明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系。受火后预制空心板跨中截面变形基本符合平截面假定,相同荷载作用下受火后试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件。

粘贴CFRP布和增设钢梁加固受火后带整浇层预应力混凝土空心板楼面承载性能研究

为研究带约束预应力混凝土空心板整浇楼面受火后加固修复方法,共进行了3块带约束预应力混凝土空心板整浇楼面的对比试验研究,其中1块为未受火对比试件,1块为受火60min后未加固试件,1块为受火60min后粘贴CFRP布和增设钢梁加固试件。结果表明:受火60min后试件极限承载力较未受火对比试件降低13.9%。受火60min后加固试件的极限承载力和初始抗弯刚度显著提高;与受火后未加固试件相比,极限承载力提高40.3%、初始抗弯刚度提高26.1%,但破坏挠度降低52.1%、延性降低59.1%;与未受火对比试件相比,极限承载力提高20.8%,破坏挠度降低60.6%;CFRP布和钢梁的加固作用在后期贡献较大。运用ABAQUS软件对试件的受力性能进行了有限元模拟,模拟结果和试验结果吻合较好,可用于受火后该类结构的鉴定评估和加固修复设计。

带约束预应力混凝土空心板整浇楼面受力性能研究

进行了带约束预应力混凝土空心板整浇楼面受力性能的试验研究、理论分析和数值模拟。结果表明:由于约束和整浇楼面的作用,带约束预应力混凝土空心板整浇楼面的极限承载力远大于4块预应力混凝土空心板单块极限承载力之和;带约束预应力混凝土空心板整浇楼面在破坏时形成了明显的塑性铰线、板底钢筋拉断;采用ABAQUS软件的数值模拟结果和试验结果吻合较好。

预应力混凝土空心板受火后力学性能试验研究

为比较不同受火时间后预应力混凝土空心板剩余承载力、跨中挠度和破坏形态的异同,制作了7块预应力混凝土空心板试件,其中3块为未受火对比试件,4块为底面分别受火15 min,30 min,45 min和60 min试件,对其开展受火后力学性能的对比研究。研究结果表明:对比试件和受火试件均发生弯曲破坏;升温过程中预应力混凝土空心板跨中挠度随受火时间增加而显著增加,熄火自然冷却后跨中挠度大部分可恢复,跨中残余挠度接近20 mm;受火时间大于15min时,受火后预应力混凝土空心板开裂荷载和破坏荷载均有所降低;当受火时间达到60 min时,开裂荷载和破坏荷载均急剧下降;受火试件初始弯曲刚度较对比试件明显降低,降低幅度基本与受火时间呈线性关系;相同荷载作用下受火试件受拉边缘拉应变和受压边缘压应变均明显大于对比试件;采用等效截面法计算受火后预应力混凝土空心板的承载力基本满足工程精度要求。

受约束预应力混凝土空心板整浇楼面耐火极限试验研究

为分析不同持荷水平下受约束预应力混凝土空心板整浇楼面的耐火极限变化规律,进行了3块受约束预应力混凝土空心板整浇楼面试件的耐火极限试验研究。结果表明：未受火对比试件与受火试件均发生弯曲破坏;持荷比分别为0.3和0.5的试件的耐火极限分别为132 min和73 min,即试件的耐火极限随着持荷比的增加而显著降低;试件内部温度升高存在明显的滞后,截面形成不均匀温度场,呈层状分布;预制空心板孔洞内的温度明显高于相同位置混凝土测点的温度。采用ABAQUS软件对受约束预制空心板整浇楼面试件的截面温度场和不同持荷比下耐火极限进行了数值模拟,结果表明提出的有限元模型能够较准确地预测试件的温度场分布和耐火极限。