基于钢筋实际应力状态的基础不均匀沉降地下车库加固方法

某地下车库在降水作业时,将勘探孔改为降水井,引发突涌现象,导致基础底部脱空,筏板产生不均匀沉降,上部结构开裂严重。通过ABAQUS建立地下车库的实体模型,模拟承重结构的变形和损伤,探明地基不均匀沉降对承重结构的影响。结合现场实测结果、数值模拟结果及《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)推荐公式,获取承重构件受力钢筋的实际应力状态,为结构加固设计提供依据。最后,采取加大截面、粘贴碳纤维布等方法对该车库承重构件进行了加固处理,加固方法可为类似工程提供借鉴。

大跨曲线矮塔斜拉桥主梁锚固区蝶形应力区及优化配筋研究

为了探究曲线矮塔斜拉桥主梁局部锚固区受弯扭耦合效应的影响,优化局部配筋方案,以王家河大桥为工程背景,从应力、变形及预应力施加效率3个层面,对成桥和最大悬臂工况下直桥和弯桥局部节段模型开展对比计算,提出弯扭耦合效应造成的锚固区蝶形剪应力集中区域。结果表明:弯扭耦合效应增大了锚固区主梁各构件的主拉应力;同时,增大蝶形剪应力集中区域的面积约40%,在该区域可采用非对称配筋方案,适当增加锚固处弯曲侧抗剪钢筋比例;弯扭耦合效应会使主梁锚固区横向位移明显增大,增幅接近30%,但对挠度无显著影响;弯扭耦合效应下主梁锚固区预应力施加效率小幅度提升,在配束计算时应予以考虑。

Tensile Fracture Mechanism of Claviform Hybrid Composite Rebar

Based on the shear-lag theory, a hexagonal model of fiber bundles was established to study the tensile fracture mechanism of a claviform hybrid composite rebar. Firstly, the stress redistributions are investigated on two conditions： one condition is that interfacial damage is taken into account and the other is not. Then, a micro-statistical analysis of the multiple tensile failures of the rebar was performed by using the random critical-core theory. The results indicate that the predictions of the tensile failure strains of the rebar, in which the interfacial damage is taken into account, are in better agreement with the existing experimental results than those when only elastic case is considered. Through the comparison between the theoretical and experimental results, the shear-lag theory and the model are verified feasibly in studying the claviform hybrid composite rebar.

高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究

针对预制混凝土楼板钢筋直径较小,装配时无法直接使用灌浆套筒完成钢筋连接的问题,提出一种高强钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件,仅从楼板表面即可实现钢筋等强连接。为研究钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头在地震作用下的连接性能及工作机理,对2组6个试件分别进行高应力反复拉压试验和单向拉伸试验,重点考察破坏形态、连接钢盖板沿长度方向及宽度方向应变、高强螺栓轴向应变和开槽钢筋应变等。结果表明:相同锚固长度条件下,2组试件的最终破坏模式、极限承载能力无明显区别,但接头变形性能有一定差别,高应力反复拉压试验中极限荷载所对应位移增加约32%,钢筋拉断时位移增加约24%;锚固区钢筋和接头端部钢筋荷载-应变曲线变化趋势无明显区别,高应力反复拉压作用对钢盖板轴向应变和横向应变特征基本无影响;高应力循环作用结束时,高强螺栓压应变增加约30×10^(-6),循环作用对螺栓预紧力的影响较小;试件屈服比、强度比及延性比的均值分别为1.07、1.56和7.92,锚固长度为3 d(d为连接钢筋公称直径)的试件钢筋拔出,可以对连接齿钉的构造进行优化,减小齿钉间距和增加咬合面以提高锚固性能。

复式钢管混凝土柱装配式连接锚固性能试验研究

预制混凝土构件通常采用先拼接后灌浆的连接方式,一旦灌浆不密实,将存在严重安全隐患。为了解决装配式复式钢管混凝土结构的连接问题,探索更方便可靠的连接方式,将先灌浆后插筋的连接方式运用到装配式复式钢管混凝土柱的连接中,系统研究了该连接方式下装配式复式钢管混凝土柱中的钢筋锚固性能和锚固长度。并通过设计制作36个复式钢管混凝土柱的灌浆插筋锚固试件,采用拉拔试验方法研究了钢筋直径、位置、锚固长度、预制孔形式及直径、灌浆料强度、混凝土强度7个影响因素对浆锚钢筋在复式钢管混凝土柱中的锚固性能影响。研究结果表明:(1)试件的典型破坏形式包括钢筋未屈服拔出、钢筋受拉屈服拔出、钢筋拉断三种形式,主要发生钢筋屈服后试件破坏,锚固性能良好;(2)浆锚钢筋在灌浆料中的受力过程主要分为四个阶段:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和破坏阶段;(3)预制孔直径、混凝土强度、灌浆料强度越大,锚固钢筋锚固性能越好;(4)角部浆锚钢筋的极限承载力和极限黏结应力均比中部浆锚钢筋大;(5)复合钢管混凝土柱装配式连接的锚固长度建议根据《混凝土结构设计规范》进行计算确定,且预制孔直径不小于2 d,且不宜小于32 mm。

四点弯曲加载下RC梁内钢筋的漏磁效应研究

针对RC梁桥内部钢筋应力状态难以检测和定量表征问题,采用基于钢筋自发漏磁效应的无损检测方法,对RC梁四点弯曲加载下钢筋应力与漏磁信号之间的力磁关系进行研究。结果表明:弹性阶段钢筋表面Y-B_z曲线基本重合,荷载对磁信号的影响较小;当梁带裂缝工作阶段时,Y-B_z曲线随荷载的增加呈逆时针旋转;当梁处于破坏阶段时,Y-B_z曲线产生较大变化;提离高度和检测路径的差异会影响磁场强度的数值,但不影响磁场的整体分布特征;无量纲特征参数A_σ在RC梁带裂缝工作阶段内随钢筋应力线性递减,且函数的拟合优度R~2均大于0.95,表明该参数可有效定量表征RC梁内钢筋的应力状态。

高铁预应力混凝土简支箱梁钢筋骨架部品装配化设计研究

结合“标准化、工厂化、自动化、智能化”理念,为有效解决广州—湛江高速铁路茂名梁场预应力混凝土简支箱梁钢筋骨架智能建造难题,开展钢筋骨架部品装配化设计研究。首先确定了钢筋骨架创新设计的基本原则,从精细化设计、适应性设计、部品化设计、装配式组装设计四个层面开展具体研究,提出了一种满足钢筋骨架智能建造的设计方案。然后从钢筋疲劳应力幅和钢筋网吊装两个维度进行有限元计算和分析,验证单个网片采用电阻焊接、整体骨架采用装配组装方案的可行性。该设计应用理念可推广至路桥隧智能建造应用中。

高速铁路隧道仰拱结构受力现场实测分析

针对高速铁路隧道仰拱受力状态复杂且对高速列车行车安全至关重要的特点,现场测试兰新第二双线福川隧道返工后仰拱混凝土和钢筋的应力,分析仰拱结构中混凝土和钢筋的受力特征及应力变化规律。结果表明:受隧道二衬自重及上部围岩荷载、隧道基底围岩膨胀、轨道道床及列车荷载的作用,返工后仰拱混凝土经历了受压、出现局部拉应力、拉压应力稳定的变化过程;仰拱中混凝土和钢筋的最大拉应力均出现在仰拱中心上部,从仰拱返工到隧道运营的整个过程中,混凝土的最大拉应力为1.9MPa,最大压应力约为8MPa;地下水大量补充后,隧底围岩膨胀释放大量荷载,使得混凝土应力、钢筋应力以及土压应力迅速增大。基于监测结果及地质条件,提出将福川隧道仰拱底鼓分为轻微、中度和严重3种程度,针对每种程度的底鼓给出相应的控制措施。

基于概率分析的锈蚀钢筋力学性能研究

研究了锈蚀钢筋几何参数(包括蚀坑形状、蚀坑位置、最大蚀坑深度、最大蚀坑个数、钢筋直径等)对钢筋力学性能影响的灵敏性;利用随机有限元的分析方法研究了锈蚀钢筋的应力分布情况.结果表明:对于相同直径的锈蚀钢筋,其力学性能主要取决于锈蚀钢筋表面的最大蚀坑深度;对于不同直径的锈蚀钢筋,可用锈蚀坑相对深度(蚀坑深度与钢筋直径之比)来反映钢筋的锈蚀程度,并建立了锈蚀钢筋的屈服荷载随锈蚀坑相对深度变化的规律;基于最大蚀坑深度的概率统计特性,得到了锈蚀钢筋最大应力分布的概率分布规律.

超低温下钢筋单轴受拉时的应力-应变关系

按照《金属材料低温拉伸试验方法》(GB/T13239—2006)的要求制作拉伸试件,对3种钢筋(热轧带肋钢筋HRB335、HRB400和热轧细晶粒钢筋HRBF400)共84根试件在-180℃^-80℃温度下的力学性能进行单轴受拉试验,研究低温下钢筋力学性能的变化规律.结果表明,随着温度的降低,钢筋的应力-应变曲线形状及极限应变基本不改变,但屈服平台长度、屈服强度、极限强度、强化应变增加.根据试验结果,给出了低温下钢筋屈服强度、极限强度、强化应变等力学特征值随温度的变化规律,进而可建立超低温下钢筋的应力-应变关系.

拉应力和压应力对砂浆中钢筋腐蚀的影响

对埋置钢筋的砂浆试样施加不同大小的拉应力和压应力,通过测量承载钢筋的开路电位、腐蚀电流密度和交流阻抗等,对比了拉应力和压应力对砂浆中钢筋腐蚀的影响.结果表明:钢筋腐蚀随着应力增加而明显加剧;相同荷载作用下,承受压应力钢筋的开路电位和交流阻抗值更低、腐蚀电流密度更高,表明压应力对砂浆中钢筋的腐蚀影响更为明显.通过交流阻抗解析表明,应力破坏钢筋/混凝土界面、降低钢筋极化电阻是其加剧钢筋腐蚀的主要原因,而压应力降低钢筋/混凝土界面的极化电阻较拉应力更为明显,因而它能更为显著地加剧钢筋腐蚀.

考虑蚀坑影响的锈蚀钢筋力学性能研究

研究了钢筋表面蚀坑对锈蚀钢筋屈服强度的影响,分别讨论了蚀坑深度和宽度对钢筋屈服强度的影响;分析了锈蚀坑存在造成钢筋应力分布变化的规律.研究表明,锈蚀钢筋屈服时所需荷载与无锈钢筋屈服荷载之比值和蚀坑深度之间基本呈指数关系,而蚀坑宽度对其影响相对较小;锈蚀坑附近出现了明显的应力集中现象,将造成钢筋力学性能的明显退化.

基于压磁效应的锈蚀钢筋应力状态检测试验研究

钢筋锈蚀是严重威胁结构安全的耐久性问题,基于压磁效应,研究均匀锈蚀和坑蚀两种锈蚀钢筋的应力状态与压磁场变化的关系。首先,采用通电加速锈蚀方法进行钢筋均匀锈蚀和点蚀试验;然后,通过轴向拉伸静载试验和疲劳加载试验,分析锈蚀钢筋的压磁信号特征。试验结果显示,磁感强度与钢筋应力状态之间具有较好的对应关系,屈服阶段不同锈蚀率下的钢筋磁感强度曲线有较明显区别,疲劳荷载作用下锈蚀钢筋的法向残余磁感强度和磁滞回环面积均呈现疲劳三阶段变化规律,可进一步运用于钢筋应力状态的检测中。

PVA-FRCC与钢筋锚固特性研究

通过PVA-FRCC(聚乙烯醇-纤维水泥基复合材料)与钢筋黏结锚固构件的中心拉拔试验,对钢筋应力和黏结应力进行了分析.通过回归分析提出了PVA-FRCC与钢筋的黏结强度计算公式,其计算结果与试验结果吻合良好.在可靠度分析的基础上提出了PVA-FRCC与钢筋锚固长度设计建议.结果表明:钢筋锚固长度可按现行的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》规定的公式计算.

装配式地铁车站结构双榫槽式接头应力演变规律试验研究

以装配式地铁车站结构双榫槽式接头为研究对象,采用足尺加载试验的方法,研究轴力和弯矩组合工况下接头部位混凝土及钢筋的应力演变规律。结果表明:加载过程中,接头部位混凝土及钢筋应力发展大致可分为3个阶段:线性阶段、非线性阶段、失效阶段;在加载初期,随着弯矩的增大,接头部位混凝土及钢筋的应力呈线性增加;当弯矩超过一定数值后,接头部位的混凝土及钢筋会发生频繁的应力调整,其过程一直持续至试件出现贯通接头部位的裂缝,从而导致构件失效;当构件达到失效状态时,500kN轴力工况下接头试件能承受的最大弯矩为420kN·m,1 000kN轴力工况下接头试件所能承受的最大弯矩为578kN·m。

玻璃钢筋与混凝土握裹力的实验研究

聚酯基复合材料以其优异的抗拉强度和耐腐蚀特性,有望在某些特殊场合替代钢筋以解决建筑腐蚀问题。通过拉拔实验,考察了玻璃钢筋与混凝土的黏结性能,重点研究了玻璃钢筋的表面形式、锚固长度和钢筋的直径对黏结性能的影响。

混凝土水化热对钢筋应力影响的FBG监测研究

以江苏省海安船闸项目为工程背景,运用布拉格光纤光栅(FBG)应变感测技术,对船闸闸首底板钢筋结构在施工过程中的应力状态进行了监测;运用布拉格光纤光栅温度感测技术对船闸闸首底板结构的温度变化进行监测,并由此对钢筋应变监测结果进行了温度补偿,分析了闸首底板钢筋应力的变化规律。结果表明:船闸闸首底板钢筋混凝土结构中钢筋应变过程与混凝土水化热温度释放规律正相关,其应力状态主要受混凝土水化热释放引起的温度应力影响,钢筋轴向呈拉应变分布。该研究成果验证了基于FBG光栅传感技术在船闸等大型水工结构施工监测中的可行性,并对光纤传感技术的应用研发和大型船闸水工结构的设计参考及施工工艺的改进具有重要意义。

纤维对GFRP筋与混凝土粘结及锚固性能的影响

为了研究结构型纤维对GFRP筋与混凝土粘结性能的影响,对36个中心拉拔试件进行试验,主要变化参数为纤维掺量和粘结长度。考虑结构型纤维对GFRP筋与混凝土基体粘结性能的改善作用,改进了ACI 440.1R-06中GFRP筋与混凝土之间锚固长度的计算公式。研究结果表明：掺加2~6 kg/m3的结构型合成纤维,可使GFRP筋与混凝土基体的极限粘结应力提高12%~35%;纤维掺量相同的情况下,极限粘结应力随粘结长度的增加而降低。将改进公式与不同规范中GFRP筋锚固长度公式的计算结果进行对比,建议的公式能够较为合理地反映结构型纤维对GFRP筋与混凝土粘结性能的影响。

锚喷混凝土加固小铰缝板桥研究

基于有限元理论,借助通用计算程序ANSYS对一实桥建立有限元模型,结合检测结果,分析了该桥在不同荷载工况下挠度、应力、自振频率以及振型特征的变化趋势,研究了加固前后桥梁结构的静、动力特性.结果表明:锚喷混凝土加固小铰缝板桥有效地降低板梁截面的应力和应变,提高桥梁结构的自振频率.由此可知,锚喷混凝土加固可提高结构的整体刚度,增强结构的抗弯及抗扭能力,改善桥梁整体受力特性,具有较高的推广应用价值.

大掺量矿渣混凝土的钢筋握裹力研究

研究了大掺量矿渣混凝土的钢筋握裹力与掺合料掺量、养护制度及抗压强度之间的关系。结果表明,当养护时间相同时,掺入矿渣粉的混凝土试件的钢筋握裹强度均比不掺的低,且随掺量增加,钢筋握裹强度降低。养护对混凝土的钢筋握裹力的增长非常重要,对矿渣粉混凝土更加重要,与养护3d的试件相比,养护28d的试件钢筋握裹强度增加18.4%～28.3%。钢筋握裹强度与混凝土抗压强度呈线性关系,随抗压强度增大而增大。