Experimental research on mechanical properties of prestressed truss concrete composite beam encased with circular steel tube

Tests of 4 simply supported unbonded prestressed truss concrete composite beams encased with circular steel tube were carried out. It is found that the ratio of the stress increment of the unbonded tendon to that of the tensile steel tube is 0.252 during the using stage,and the average crack space of beams depends on the ratio of the sum of the bottom chord steel tube's outside diameter and the secondary bottom chord steel tube's section area to the effective tensile concrete area. The coefficient of uneven crack distribution is 1.68 and the formula for the calculation of crack width is established. Test results indicate that the ultimate stress increment of unbonded tendon in the beams decreases in linearity with the increase of the composite reinforcement index β0. The pure bending region of beams accords with the plane section assumption from loading to failure. The calculation formula of ultimate stress increment of the unbonded tendon and the method to calculate the bearing capacity of normal section of beams have been presented. Besides,the method to calculate the stiffness of this sort of beams is brought forward as well.

部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁抗裂性能

为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁的抗裂性能,开展了4根不同钢纤维掺量的部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁与1根部分充填式窄幅钢箱-NC组合梁静力加载试验。试验表明:在负弯矩作用下,部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁裂缝呈现数量多、短小且密集的特点;同等配筋率的条件下,不同钢纤维掺量(0、1%、2%和3%)部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁与部分充填式窄幅钢箱-NC组合梁相比,在弹性阶段其刚度明显提高,最大裂缝宽度随钢纤维掺量的增加而减少,开裂强度分别提高了36.0%、48.8%、82.0%和112.0%,UHPC显著提高了组合梁的抗裂性能;可以参考按照JTG 3362—2018中裂缝宽度式乘以0.8的修正系数来计算部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁裂缝宽度。

SFCB珊瑚混凝土梁开裂性能及计算方法研究

通过对不同混凝土强度等级、钢-连续纤维复合筋(steel-FRP composite bar,SFCB)配筋率的珊瑚混凝土梁进行正截面抗弯性能试验,研究SFCB珊瑚混凝土梁的裂缝开展过程与规律、平均裂缝间距、最大裂缝宽度等,提出了SFCB珊瑚混凝土梁平均裂缝间距及最大裂缝宽度的计算公式。结果表明:SFCB珊瑚混凝土梁裂缝宽度在加载初期发展缓慢,接近极限荷载时,纯弯端主裂缝宽度不断变大,梁最终发生弯曲破坏;增大SFCB配筋率,梁平均裂缝间距减小,而增大珊瑚混凝土强度等级,梁平均裂缝间距增大;随着SFCB配筋率的提高,梁最大裂缝宽度扩展逐渐减慢,抑制了裂缝的发展;提高珊瑚混凝土强度的等级,梁最大裂缝宽度变化较小;基于试验数据,提出了梁平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式,理论值与试验值吻合良好。

预应力H型钢混凝土简支梁正截面受力性能试验

为了考察预应力内置H型钢混凝土简支组合梁的承载力,裂缝分布与开展及变形发展情况,进行了5根预应力内置H型钢混凝土简支组合梁的设计、制作和试验,根据考察内容获得了相关试验数据,通过分析试验数据,提出了该种组合梁的正截面受弯承载力计算公式、裂缝宽度及刚度计算公式.

钢-高配筋现浇混凝土结合梁裂缝宽度试验研究

随着结合梁的设计由拉应力限值向裂缝宽度限值的转变 ,如何计算结合梁混凝土板的裂缝宽度已成为一个日益重要的问题。对此 ,国内外目前尚无较成熟的公式 ,大多借用普通钢筋混凝土结构裂缝宽度的计算公式。本文结合芜湖公铁两用长江大桥受拉区裂缝宽度控制的工程实际问题 ,对两根大型钢 高配筋现浇混凝土结合梁T1、T2分别进行了疲劳试验和极限承载力试验 ,研究了结合梁混凝土板裂缝宽度及其发展。研究结果表明 :现有混凝土结构裂缝宽度计算公式对影响结合梁裂缝宽度因素的考虑并不全面 ,所得计算结果与实测结果不能很好地吻合 ;对于钢 高配筋现浇混凝土结合梁 ,除普通钢筋混凝土结构已考虑到的因素外 ,还有许多其他更为复杂的因素应加以考虑 ,其中栓钉数量及布置方式是影响结合梁混凝土板裂缝宽度的重要因素。

配置500MPa箍筋的混凝土梁抗剪性能试验研究

对12根配置500 MPa箍筋的钢筋混凝土梁进行抗剪性能试验,并对其抗剪性能、裂缝宽度和挠度进行分析.在分析结果的基础上,对《混凝土结构设计规范》(GB 500102010)提出相应的修改意见.试验与分析结果表明:《混凝土结构设计规范》能很好地预测高强箍筋混凝土梁的抗剪承载力;在验算正常使用极限状态时,抗剪强度设计值不应超过《混凝土结构设计规范》设计值的80%;在应用《混凝土结构设计规范》计算构件受剪切产生的挠度时,应考虑剪切变形的影响.

预应力钢纤维混凝土梁斜裂缝宽度计算

通过２０根预应力钢纤维混凝土梁的试验研究，分析了钢纤维长径比和体积率、箍筋间距、截面有效预压力对其斜裂缝宽度的影响；建立了预应力钢纤维混凝土梁斜裂缝宽度计算的理论模式．结合试验资料的统计分析，提出了预应力钢纤维混凝土梁斜裂缝宽度的实用计算公式．

传统纤维模型的一些新发展

纤维模型是结构体系模拟技术发展中的重要里程碑,它具有简单、高效、通用的特点,近年来得到了广泛应用,但其基本假定决定了其在许多结构体系关键效应的模拟方面存在显著缺陷。该文综述了研究团队近7年来针对若干体系计算的关键难点对传统纤维模型进行的大量改进和发展工作。首先在通用有限元程序MSC.MARC平台上开发完成了传统纤维模型并将其拓展至组合框架结构的模拟。随后针对四个体系模拟的关键难点,包括组合框架的楼板空间组合作用、核心筒连梁的非线性剪切和滑移效应、构件端部锚固纵筋滑移效应和钢筋混凝土梁柱构件开裂全过程行为,在对机理和规律充分研究的基础上,分别提出了考虑楼板空间组合作用的纤维模型、考虑剪切和滑移非线性的连梁纤维模型、考虑端部锚固纵筋滑移效应的纤维模型和裂缝宽度全过程定量预测的纤维模型等四个新型纤维模型。这些模型既保持了传统纤维模型的优点,同时能够较准确地考虑上述复杂效应,模拟结果得到了大量试验数据和精细有限元的充分验证。基于上述成果,团队同时开发了一套涵盖钢筋混凝土结构、钢结构以及组合结构等工程常用结构形式的非线性分析程序COMPONA-MARC,为结构体系的精细化模拟提供了强大的平台和工具。

高强箍筋混凝土梁的受剪性能

为了研究以500MPa钢筋为箍筋的混凝土梁在集中荷载和均布荷载下的受剪性能,对12根混凝土梁进行了试验研究,分析了高强箍筋混凝土梁的斜截面受剪承载力及其在使用阶段的斜裂缝宽度.研究结果表明:此类构件的受力特征与普通钢筋混凝土受剪构件的相同,其斜截面受剪承载力仍可按GB 50010—2002公式进行计算;与国外规范相比,我国受剪承载力设计公式可靠度在国际上尚处于较低水平,但仍是偏于安全的;受剪梁斜裂缝通过处的箍筋应力能够达到屈服,为了保证正常使用阶段斜裂缝宽度满足限值要求,箍筋屈服强度的设计值不宜超过360MPa.

部分外包混凝土组合梁负弯矩区翼缘板裂缝试验研究

为了研究部分外包混凝土组合梁在负弯矩作用下混凝土翼缘板裂缝分布及发展情况,对6根部分外包混凝土组合梁和两根普通钢-混凝土组合梁进行了静力加载试验研究。通过对比试验发现:与普通钢-混凝土组合梁相比,部分外包混凝土组合梁负弯矩区截面刚度较大,混凝土翼缘板的裂缝开展比较缓慢,且具有较大的开裂弯矩值;随着组合梁负弯矩区综合力比的增加,混凝土翼缘板的平均裂缝间距与最大裂缝宽度均有减小的趋势。在试验研究的基础上,提出了部分外包混凝土组合梁负弯矩区混凝土板开裂弯矩和裂缝宽度计算公式,对开裂截面混凝土翼缘板的塑性发展与钢筋应变不均匀现象进行了探讨,为部分外包混凝土组合梁在实际工程中的应用提供参考和理论依据。

钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度

为了完善钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度设计的内容,在充分考虑混凝土开裂前后组合梁的受力状态和钢梁与混凝土接触面的相对滑移对裂缝宽度影响的基础上,根据钢梁和混凝土截面应力和应变的本构关系,推导出钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度的理论计算公式,并进行了钢-混凝土组合梁裂缝宽度的试验研究.试验结果表明,在结构裂缝宽度容许范围内该理论公式计算结果与试验结果吻合良好.

钢筋钢纤维混凝土梁斜裂缝宽度计算方法

在分析钢筋钢纤维混凝土箍筋梁斜截面裂缝宽度开展规律试验研究基础上,建立了钢筋钢纤维混凝土梁斜裂缝宽度计算的理论模式.结合试验资料的统计分析,给出了实用计算公式.

双面组合连续梁裂缝扩展机理与裂缝宽度研究

钢-混凝土双面组合梁是一种新型组合结构。对3根钢-混凝土双面组合2跨连续梁模型进行加载试验和有限元数值模拟研究,测得上翼缘混凝土板裂缝扩展状况,发现其主要表现为负弯矩区上混凝土板弯曲裂缝;对裂缝扩展规律与机理进行分析探讨,得到裂缝宽度随荷载增加的变化曲线;建立模型梁平面问题的ANSYS分析模型,考虑钢梁与混凝土板、受拉混凝土与钢筋间的界面滑移以及混凝土受拉产生局部损伤直至退出工作的过程,通过测量节点位移的变化得到裂缝宽度,与试验实测结果吻合良好;通过数值计算获得最大裂缝宽度与下混凝土板厚的关系。

钢-混凝土组合框架梁变形计算的有效翼缘宽度

由于剪滞效应的存在,组合框架梁的混凝土翼板不能完全参与共同工作,按照完全组合的换算截面法计算组合梁的变形将得到不安全的计算结果。首先根据弹性理论推导传统的完全组合梁以及剪滞组合梁理论模型的基本方程,并采用有限元软件Msc.Marc对理论模型进行验证,理论结果与有限元计算结果吻合良好,说明理论模型的准确性及合理性。然后基于两个理论模型,提出一种物理意义更为明确的有效翼缘宽度系数的定义,直接用于组合梁的变形计算。研究楼板的宽跨比、楼板宽厚比、板梁高度比以及组合梁高宽比这4个无量纲参数对有效翼缘宽度系数的影响。研究发现,影响有效翼缘宽度系数的关键参数为楼板的宽跨比。在此基础上,提出有效翼缘宽度的计算公式,为组合梁的研究及设计人员提供参考。

纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪性能影响的试验研究

为研究纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁抗剪性能的影响,设计制作9根抗弯承载力比抗剪承载力略小的钢筋混凝土梁,并将其浸泡在质量分数为5%的NaCl溶液中,对纵筋进行电化学加速锈蚀后,采用简支形式对试验梁进行加载,研究纵筋锈蚀对锈胀裂缝平均宽度、破坏模式、抗剪承载力和变形性能的影响规律。研究结果表明:随着纵筋锈蚀率增加,试验梁的锈胀裂缝平均宽度呈线性增加,破坏模式由弯曲破坏向剪压破坏、剪切.黏结破坏转变;对于发生剪切型破坏的试验梁,其抗剪承载力呈线性减小,变形能力先减小后增大,跨中最大挠度逐渐增加。

再生混凝土U型叠合梁抗剪性能

通过3根再生混凝土U型叠合梁和1根再生混凝土整浇梁的抗剪性能对比试验,研究了U型叠合梁和整浇梁的裂缝发展、破坏形式和抗剪承载力。试验结果表明:再生混凝土U型叠合梁的抗剪破坏形式和受力机理与整浇混凝土梁类似,再生混凝土U型叠合梁的抗剪承载力计算可参照整浇梁的抗剪承载力计算方法。

钢-混凝土连续组合梁非张拉预应力技术的关键参数分析

通过对2-5跨非张拉预应力连续组合梁各受力阶段的分析,研究了配重大小、配重施加的合理范围以及负弯矩区后浇混凝土长度等非张拉预应力技术中一些关键参数的设计计算方法,并初步探讨了卸除配重后,在使用阶段非张拉预应力连续组合梁负弯矩区裂缝宽度及梁跨中变形的计算方法,提出因实施非张拉预应力技术而引起的反向挠度,可通过将卸除配重的反向荷载转化为满跨均布＂等效＂荷载,然后计算该＂等效＂荷载作用下的挠度而得到.结果表明,采用这种＂等效＂荷载方法计算得到的挠度最大相对误差不超过15%,能满足实际工程的精度要求.

体内预应力组合梁裂缝宽度静力及疲劳试验研究

针对混凝土翼板内配置后张有粘结预应力筋的负弯矩区组合梁，进行7个简支试件的静力及疲劳试验，试验考虑了不同预应力度、不同栓钉间距，且混凝土翼板中配置有体积配纤率分别为0％、0.8％和1．5％的钢纤维。试验表明，极限状态时各试件的裂缝分布相似，裂缝平均间距在80～110mm范围内。分析认为，影响裂缝宽度的因素包括预应力度、配纤率、力比、连接度、配筋率及栓钉间距等，提出考虑上述因素的最大裂缝宽度经验计算公式。疲劳试验中，运用测试动力参数的方法，分析混凝土裂缝和疲劳损伤随荷载循环的变化，结果表明，预应力钢纤维混凝土-钢组合梁带裂缝工作时具有良好的疲劳稳定性，180万次的循环加载损伤度增大约20％。

预应力内置圆钢管桁架混凝土组合梁的受力性能

通过4根预应力内置圆钢管桁架混凝土组合简支梁的试验,得到了试验梁的荷载-跨中挠度曲线、正截面承载力、裂缝分布与展开特征。结果表明:可基于平截面假定计算该类组合梁正截面的承载力,该类组合梁的平均裂缝间距取决于下弦钢管外径及下弦二钢管截面面积之和与截面有效受拉混凝土面积的比值。提出了与试验结果吻合良好的裂缝宽度和刚度计算公式。

配筋率对RUHTCC梁弯曲性能的影响研究

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁的弯曲性能与配筋率、UHTCC拉压材料性能以及截面尺寸相关。以配筋率为研究的影响因素,理论给出RUHTCC梁3个特征配筋率即最小配筋率、最大弹性配筋率以及最大界限配筋率的计算式。以这3个特征配筋率为边界,理论分析破坏模式从受拉破坏到受压破坏不同情况下梁极限承载力、中性轴高度、曲率、开裂长度以及最外层边缘拉应变的变化规律。提出最优化配筋率的概念,并指出它的大小接近于最大弹性配筋率。进行4种不同配筋率RUHTCC梁和两组RC对比梁的弯曲试验,讨论配筋率对弯曲性能包括承载力、变形、延性以及裂缝开展情况的影响和配筋率对RUHTCC梁较RC梁弯曲性能提高程度的影响。结果表明,对不同配筋率的RUHTCC梁,配筋率越大,极限承载力增加,屈服变形增大,但极限变形减小,延性降低,裂缝宽度的变化不明显。同一配筋率下,RUHTCC可提高RC梁的承载力和延性,在屈服时刻裂缝宽度可控制在0.1mm以内,极大提高了结构的耐久性,但随配筋率的增大,提高程度降低。试验与理论预测进行对比,结果较为吻合。