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。

CFRP板加固RC梁极限抗弯承载力试验

为了解CFRP板加固RC梁裂缝抑制及极限抗弯承载力影响效果,以孟加拉邦戈邦都大桥为背景,选取典型箱梁顶板结构单元,制作1∶1实体模型进行极限抗弯承载力试验,将试验结果与有限元和理论分析结果进行对比。结果表明:在RC梁发生极限破坏过程中CFRP板从中间向两端逐渐剥离并弹出,受压区混凝土未发生异样;未加固的RC梁平均裂缝宽度为2.75 mm,梁端最大位移为11.23 mm,平均极限抗弯承载力为90.8 kN·m,加固的RC梁平均裂缝宽度为0.61 mm,梁端最大位移为5.65 mm,平均极限抗弯承载力为159.6 kN·m,与未加固的RC梁相比,加固的RC梁极限抗弯承载力实际提高约76%;在RC梁发生极限破坏时,CFRP板约发挥了自身抗拉强度的23%;RC梁极限抗弯承载力加固前理论计算值小于有限元计算值,加固后理论计算值大于有限元计算值,加固前、后有限元计算值与实测值几乎相同。

Fe-SMA主动加固钢桥面横隔板弧形切口疲劳裂纹实桥应用研究

为确定铁基形状记忆合金(Fe-SMA)主动加固正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳裂纹的可行性,以某在役钢箱梁斜拉桥为背景进行实桥加固研究。根据现场横隔板弧形切口的开裂特征,在对裂纹钻孔止裂的基础上,提出利用Fe-SMA材料对横隔板弧形切口裂纹进行粘贴加固的方案,并进行加固施工。通过现场测试得到Fe-SMA板条热激活过程的应变和温度变化,分析Fe-SMA板条和钢板之间的相互作用及加固机理。结果表明:粘贴Fe-SMA板利用Fe-SMA热驱动形状记忆效应可有效便捷地为结构施加预压应力,实现对受损部位的主动加固;经过Fe-SMA联合止裂孔修复后,热驱动作用下的Fe-SMA可以产生200~240 MPa的预拉应力,并在钢板止裂孔边缘施加43~90 MPa的压应力,可有效阻止裂纹进一步扩展;加固体系在加热激活过程完好可靠,当控制一侧加热区域中部温度为200℃时,热传导作用下非加热区域中部的温度为60℃以下,而背面总体温度基本在90℃以下。

粘贴角形钢板加固顶板-U肋焊喉疲劳裂纹试验研究

为了研究粘贴角形钢板对钢桥面板顶板-U肋焊喉疲劳裂纹的修复效果,首先对关注细节的疲劳破坏模式和加固后疲劳性能的提升开展试验和理论研究,然后基于Abaqus有限元软件建立线弹性断裂力学模型,结合最大周向应力准则探究不同裂纹深度和初始倾角对裂纹扩展特性的影响,并在此基础上验证了粘贴角形钢板对疲劳裂纹的加固效果。结果表明,U肋腹板面外弯曲变形是导致顶板-U肋焊喉疲劳开裂的控制因素。该裂纹属于以Ⅰ型为主导的复合型疲劳裂纹,等效应力强度因子随裂纹深度增加而增大,且当初始倾角接近45°时达到最大。所预测的裂纹扩展行为与试验观测结果近乎一致,扩展路径与顶板夹角介于30°~45°之间。对比未加固试件,加固后相应开裂部位关键测点的疲劳应力幅降低90.5%,疲劳寿命显著延长,且粘贴层完好。

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。

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。

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。

套箍法加固RC轴压柱承载力计算方法研究

为研究套箍法加固RC轴压柱的承载力实用计算方法,通过算例和现有12根加固柱的试验资料,对GB 50367—2013《混凝土结构加固设计规范》、JTG/T J22—2008《公路桥梁加固设计规范》以及另外2种公开文献报道中的计算方法进行了研究。算例配筋计算表明,不同方法的计算结果存在明显差异。进一步对比分析各公式的试验柱承载力计算值和实测值发现:JTG/T J22—2008的方法计算过程相对复杂且结果偏于不安全;GB 50367—2013的方法简便,结果整体偏于安全,但当原柱初始应力水平较高时,其结果的安全储备可能不足;两种文献方法的计算效果都优于两种规范方法,但在实际应用时也都存在一定的局限性。基于几种方法公式特点的讨论分析,提出了一种计算套箍法加固RC轴压柱承载力的简便方法,并建立了计算公式,该公式的计算结果偏安全,和GB 50367—2013的计算效果相近。

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。

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。

钢板-混凝土组合加固RC梁抗弯承载力计算方法

为研究钢板-混凝土组合加固RC梁抗弯承载力计算方法,对GB50367—2013《混凝土结构加固设计规范》、JTG/T J22—2008《公路桥梁加固设计规范》及另外2种公开文献报道中的计算方法进行比较分析发现,4种方法公式建立思路相通,但实现途径存在差异。基于平截面等假定,根据加固梁的受力破坏特性,明确了3种界限破坏状态,基于3种界限状态下的截面应变分布分析,推导了每种状态下加固钢板和受拉钢筋的应力确定方法,建立了加固梁的抗弯承载力计算公式。利用既有试验给出的20个试件资料,通过将试件抗弯承载力理论值与试验值进行对比分析,研究了4种既有方法和本研究提出方法的计算效果,为保证所用试验结果正常可靠,采用ANSYS18.0建立有限元模型对试验结果进行了计算复核。计算效果的研究结果表明,对于加固梁的抗弯承载力计算,4种既有方法均表现为结果总体偏大,本研究提出的方法虽然计算过程略显繁琐,但结果总体安全;对本研究用于计算分析的试件,《混凝土结构加固设计规范》中的系数Ψ_(sp)和《公路桥梁加固设计规范》中的加固钢板的拉应变ε_(sp)计算均没有体现出应有效能。

增设RC拱肋加固圬工拱桥的设计要点及理论分析

提出了采用钢筋混凝土拱肋加固圬工拱桥结构的方法。以某上承式实腹圬工拱桥为实例,根据其病害的主要特点,结合对原桥承载能力的计算分析结果,采用增设钢筋混凝土拱肋的加固设计方案。然后,建立原拱圈采用板单元和新增拱肋采用杆系单元的有限元计算模型对加固后桥梁承载能力进行了理论分析,结果表明,加固后桥梁承载能力满足公路-Ⅱ级荷载。

CFRP及EWSS复合加固震损双层高架桥框架式桥墩抗震性能试验研究

为研究碳纤维增强复合材料(CFRP)及外包型钢(EWSS)复合加固震损双层高架桥框架式桥墩(DVFP)的抗震性能,按1/5.5缩尺比例设计并制作了4榀DVFP试件,其中1榀为原型对比试件、1榀无预损直接采用CFRP及EWSS复合加固,2榀模拟地震效应形成中度和重度地震损伤后采用CFRP及EWSS复合加固,对4榀试件进行了低周往复加载破坏试验。通过分析试验现象及试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、水平承载力、承载力退化及刚度退化、耗能性能和残余位移,研究了CFRP及EWSS复合加固震损DVFP的有效性,探讨了不同震损程度对加固效果的影响。结果表明:与未加固试件相比,中度震损和重度震损试件加固修复后峰值荷载分别提高120.74%,105.36%;极限位移分别提高35%,25.98%;位移延性系数分别提高32.33%,31.41%;复合加固延缓了承载力退化及非线性阶段刚度的衰减,承载力退化系数均在0.9以上;达到峰值荷载后,在相同位移延性比水平下,随预损程度的增加能量耗散系数降低;对不同震损程度的桥墩经复合加固后,破坏形态均表现为节点处缀板焊缝断裂失效、立柱角钢撕裂,立柱损伤较严重,且柱顶比柱脚严重;各试件残余位移系数随位移延性比变化规律基本一致。研究结论可为震损DVFP的复合加固设计提供理论基础。

“下层EA+上层SMA”桥面铺装复合结构层间力学特性评价

为保证“下层EA+上层SMA”双层异质桥面铺装复合结构的层间黏结耐久性,设计拉拔和直剪试验对4种复合结构的层间力学特性进行了分析,并基于力学强度指标和能量学指标评价了层间黏结料种类、用量、上层SMA集料粒径及环境温度等因素对复合结构层间黏结性能的影响,分析了黏结层力学响应在加载作用下的演变规律及达到极限状态下的破坏形态。结果表明:拉拔/剪切强度指标受各类因素的影响较为明显,数据获取的可操作性强,可适用于评价不同条件下复合结构的层间黏结性能;拉拔/剪切刚度指标主要随受黏结材料种类的影响,可针对性地用于评价不同种类黏结材料之间的性能差异;拉拔/剪切断裂能指标主要表征结构破坏行为的整个过程,可适用于复合结构在重复荷载作用下的层间耐久性研究;4种复合结构的抗拉拔性能受黏结材料用量影响较大,而抗剪性能受黏结材料的用量影响较小;黏结材料种类对复合结构的层间黏结性能影响最大,采用环氧树脂黏层油的复合结构层间抗拉性能和抗剪性能均优于同等条件下的环氧沥青黏层油,而复合结构的上面层SMA集料粒径主要影响其层间抗剪性能;环境温度对复合结构层间黏结性能影响较小,但需注重上面层SMA高温稳定性。综合研究结果,“下层EA+上层SMA”复合结构具备最佳的层间黏结性能。

水泥混凝土桥面防水黏结层性能研究

桥梁对不利地形有着独特的跨越作用,极大地方便了交通运输,在公路网中广泛使用,它对交通起着至关重要的作用。防水黏结层是桥面铺装中的重要功能层,但其质量极易受到所用防水黏结材料性能的影响。针对目前桥面防水黏结层材料存在的耐高温性能差和施工黏轮,以及低温柔韧性差等问题。采用环氧改性水性聚氨酯、环氧改性丙烯酸乳液制备高性能防水黏结材料,以水性环氧沥青和SBS改性沥青为对比,研究不同环氧改性水性聚氨酯、环氧改性丙烯酸乳液掺量对防水黏结层耐热性和柔韧性、力学性能和高温黏轮性能的影响,开发一种综合性能优异的高性能水泥桥面防水黏结材料。研究表明:环氧改性水性聚氨酯可用于制备综合性能优异的水泥桥面防水黏结材料;环氧改性水性聚氨酯和环氧改性丙烯酸乳液均可用于制备高性能防水黏结材料,当环氧改性水性聚氨酯掺量为40%和环氧改性丙烯酸掺量为30%时,其耐热性与水性环氧沥青相当,明显优于PG76-22改性沥青;当环氧改性水性聚氨酯掺量为50%时,附着力拉拔强度、复合件拉拔强度和复合件剪切强度等各项性能指标均满足江苏省地方标准的要求,且保证在桥面温度70℃情况下,不会被施工车辆带走而造成防水黏结层产生破坏。

动水作用下水泥混凝土桥面防水黏结层的水稳定性研究

为研究动水作用下水泥混凝土桥面防水黏结层的水稳定性,采用水敏感性测试仪模拟动水作用,对比分析了AMP-100二阶反应型桥面防水黏结剂(二阶反应型)、聚合物改性沥青基纤维增强型防水涂料(聚合物改性沥青型)和SBS热沥青共3种常用防水黏结层材料分别在干燥、真空浸水(长期作用)、动水(短期作用)、动水+浸水(短期+长期作用)和冻融等水损害条件作用下,对桥面防水黏结层拉拔和剪切强度造成的影响。结果表明:考虑短期+长期作用的水损害条件,对防水黏结层的力学性能削弱最大,对试件抗水损害要求最苛严,且其水作用方式最符合路面实际情况,故推荐该水损条件用于防水黏结层的水稳定性评价。对于二阶反应型,动水作用(第3.5 h)对力学强度的削弱约为真空浸泡作用的第45 h和第46 h;对于聚合物改性沥青,动水对力学强度的削弱约为真空浸泡第36 h和第27 h;对于SBS热沥青,动水对拉拔强度的削弱约为真空浸泡第30 h,剪切强度的削弱大于真空浸水;二阶反应型在未受到水损害作用时,其力学性能好于聚合物改性沥青型,然而在受到水损害条件作用后,其力学能力衰减较快,显著低于聚合物改性沥青。此外,SBS热沥青防水黏结层的力学性能差于二阶反应型和聚合物改性沥青。