钢-混凝土双面组合梁受拉钢筋有效分布宽度

负弯矩区桥面板中受拉钢筋的应力分布存在滞后现象。考虑"拉应力沿桥面板厚度方向变化",结合有限元法,研究受拉钢筋有效分布宽度的计算问题。对29根双面组合梁进行了非线性有限元分析,研究了中支点附近负弯矩区桥面板中受拉钢筋的有效分布宽度在加载全过程中的变化;对弹塑性阶段有效分布宽度的主要影响因素进行参数分析,提出了塑性阶段有效分布宽度的简化计算方法。     

钢纤维混凝土梁压、弯组合作用下的承载力分析

钢纤维混凝土开裂后.钢纤维能在开裂面上提供一定的拉应力.这类似钢筋混凝土中受拉钢筋的作用.与钢筋混凝土不同,钢纤维混凝土开裂面上的拉应力随裂缝宽度的增加而逐渐降低.本文通过四点弯曲试验得到钢纤维混凝土梁开裂截面上钢纤维拉应力与裂缝宽度曲线,然后以此为基础对轴力、弯矩组合作用下的钢纤维混凝土梁的承载能力进行分析,得到钢纤维混凝土梁在轴力和裂缝宽度作用下的抗弯承载力计算公式.最后用得到的计算公式做出钢纤维混凝土梁在极限承载状态下的N-M相关曲线.计算分析表明,钢纤维混凝土梁开裂后,开裂面上的应力重分布会使截面的抗弯力臂增大.从而提高截面的抗弯承载力.并且开裂截面的抗弯能力也随轴压力的增大而有明显提高.这就从理论上解释了受压钢纤维梁开裂后的抗弯承载力不但没有降低,反而有所提高的现象.     

钢筋高延性混凝土梁裂缝试验研究与计算方法

为探究钢筋高延性混凝土(RHDC)梁裂缝开展机理,共设计四根钢筋高延性混凝土梁和一根普通钢筋混凝土(RC)梁,通过四点弯曲试验研究高延性混凝土极限拉应变和配筋率对构件裂缝宽度、裂缝间距以及裂缝发展高度的影响.研究表明:(1)与RC梁相比,RHDC梁的裂缝数量多且宽度小,加载过程中裂缝发展缓慢;(2)RHDC梁的裂缝宽度和裂缝高度随材料极限拉应变的增大而减小;(3)配筋率对RHDC梁裂缝宽度的影响与对RC梁的影响规律相同,随配筋率增大,RHDC梁裂缝宽度、裂缝高度以及平均裂缝间距均减小.基于试验和相关文献,考虑纤维桥联的贡献,建立RHDC梁的平均裂缝间距和最大裂缝宽度的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁弯曲性能影响的几何参数分析

具有超高韧性新型随机PVA短纤维增强的水泥基复合材料(UHTCC)代替传统的具有准脆性应力软化特征的混凝土或纤维混凝土材料制作的钢筋(RUHTCC)受弯梁,可提高承载力,改善构件的延性,并具有良好的损伤演变能力,被认为是一种抗震性能较好的新型构件形式。除了配筋率和UHTCC拉压材料性能外,截面几何尺寸是影响其弯曲性能的一个重要因素。基于受弯理论分析和试验验证,采用该理论公式对截面几何尺寸(截面高度、宽度以及面积)的影响规律进行了系列分析。结果发现:对承载力,梁高度比宽度影响明显,而对承载力提高幅度和变形而言,随梁高的增加而减小,梁宽没有影响;对裂缝控制来说,只要梁下边缘的极限拉应变小于UHTCC材料的极限拉应变,截面尺寸的变化几乎不影响裂缝宽度的大小。并进一步针对RUHTCC梁的受弯设计提出了一些设计建议。     

钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝宽度试验研究

通过9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁的四点弯曲试验,分析了钢纤维体积率、配筋率对钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝形态、裂缝宽度以及裂缝间距等参数的影响。结果表明:在自密实混凝土梁中掺加钢纤维可有效限制裂缝的扩展,掺入体积率为0.38%和0.64%的钢纤维,可使自密实混凝土梁在正常使用阶段的最大裂缝宽度减小31%~56%,平均裂缝间距减小15%~28%,纵筋应变减小40%~56%。考虑钢纤维在试验梁开裂截面的分布以及应力传递机理,结合试验数据提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式,并与MC 2010、RILEM TC-162 TDF及CECS 38:2004的公式进行了对比。计算结果表明:该文建议公式计算的最大裂缝宽度与试验值吻合较好,可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的分析与验算。     

纵筋及箍筋对构件受剪承载力计算影响的分析

钢筋混凝土受弯构件中纵筋用量以及箍筋强度等级是影响斜截面受剪承载力的重要因素。现行规范的受弯构件斜截以剪承载力计算公式没有计入纵筋用量的影响,且箍筋限于Ⅰ、Ⅱ级钢筋。本文研究了纵筋用量对斜截面受承载力的影响。分析和了箍筋使用Ⅲ级钢筋时正常使用阶段的斜裂缝宽度控制等问题。     

二次受力下自密实混凝土加固RC梁受弯性能研究

为模拟实际工程中加固构件的真实承载能力,实验在原混凝土构件持续受荷状态下,采用自密实混凝土对构件进行加固、养护。共进行了7根二次受力下自密实混凝土加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验,研究了不同初始受力水平、不同加固厚度及不同界面处理方式对加固钢筋混凝土梁抗弯承载力和截面刚度的影响。试验量测了构件裂缝分布形态、荷载-挠度曲线、钢筋应变发展规律等。结果表明:采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁,能有效地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力、截面刚度等性能;二次受力下自密实混凝土加固梁抗弯承载力随着初始受力水平的增大而降低。在试验结果的基础上,基于平截面假定,提出了二次受力下自密实混凝土加固梁钢筋滞后应变及抗弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

海洋潮汐区暴露700 d带裂缝混凝土中耐蚀钢筋的锈蚀行为

裂缝是混凝土结构物承载力及耐久性降低的主要原因。本研究利用青岛小麦岛实海暴露站,将不同裂缝宽度、裂缝类型及裂缝间距的钢筋混凝土在海洋潮汐区腐蚀700 d,利用电化学阻抗谱法研究带裂缝混凝土中耐蚀钢筋的锈蚀行为,拟合获得钢筋极化阻值并通过Stern-Geary公式和法拉第定律计算出腐蚀电流密度和腐蚀速率,通过对极化阻值的线性拟合,获取钢筋的脱钝时间,分析裂缝对钢筋锈蚀的影响规律。结果表明:由于混凝土的自愈合效应,当裂缝宽度小于0. 15 mm时,钢筋的腐蚀速率不受裂缝宽度的影响;当裂缝宽度超过0. 15 mm后,随着混凝土裂缝宽度的增大,钢筋的腐蚀速率增大。与单裂缝混凝土试件相比,双裂缝混凝土中的钢筋更容易锈蚀,且裂缝间距越小,钢筋的腐蚀速率越大。在裂缝宽度相同的情况下,纵向裂缝混凝土中的钢筋比横向裂缝混凝土中的钢筋更容易锈蚀。     

超高韧性水泥基复合材料在受弯构件中应用研究

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有出色的非线性变形能力、能量吸收能力和裂缝控制能力,针对该材料在受弯构件中的应用问题,开展了钢筋增强UHTCC受弯构件和UHTCC取代受拉区纵向钢筋周围部分混凝土而作为钢筋保护层受弯构件的试验研究。结果发现,UHTCC与钢筋能够协同工作,提高构件的承载能力和延性,裂缝宽度也得到良好的控制效果。     

碳纤维布抗弯加固混凝土梁的火灾行为

对4根碳纤维布抗弯加固混凝土梁和1根未加固对比梁进行了明火试验,前者碳纤维布表面涂抹有非膨胀型防火涂料。试验考察了梁跨中裂缝对受拉钢筋温度的影响,以及防火涂料厚度相对较薄时加固梁的破坏形态、高温变形和耐火极限。试验结果表明：1）加固梁在达到耐火极限之前相当长一段时间内的挠度及裂缝宽度和深度较小,跨中裂缝对受拉钢筋温度影...     

Failure modes and serviceability of high strength self compacting concrete deep beams

The behaviour of deep beams is significantly different from shallow beams. In deep beams, the plane section does not remain plane after deformation. The main purpose of this study is to facilitate the prediction of deep beam failure related to tensile bar and web reinforcement percentage variations. Six high strength self compacting concrete (HSSCC) deep beams were tested until failure. Strains were measured on concrete surface along mid span, tensile bar and compression strut trajectory. The load was incrementally applied and at each load increment new cracks, their widths and propagation were monitored. The results clearly show that, at ultimate limit condition, the strain distribution on concrete surface along mid-span is no longer parabolic. In deep beams several neutral axes were obtained before ultimate failure is reached. As the load increases, the number of neutral axis decreases and at failure load it reduces to one. The failure of deep beams with longitudinal tensile steel reinforcement less than that suggested by ACI codes is flexural and is accompanied by large deflections without any inclined cracks. As the longitudinal tensile steel reinforcement increases, the failure due to crushing of concrete at nodal zones was clearly observed. The first flexural crack at mid-span region was always vertical. It appeared at 25–42% of peak load. The crack length was in the range of 0.24–0.6 times the height of section. As the tensile bar percentage increases number of cracks increases with reduced crack length and crack width. The appearance of first inclined crack in compression strut trajectory is independent of tensile and web bar percentage variations.     

单调轴向荷载下钢筋混凝土拉伸损伤本构研究

在已有的连续损伤理论基础上,研究综合考虑混凝土损伤、钢筋混凝土粘结滑移、以及受拉刚化效应等因素的钢筋混凝土拉伸本构模型,所提出的模型可以由其中各元件的本构特性推导出钢筋混凝土受拉损伤本构。该模型可以表征混凝土损伤、配筋等参数与钢筋混凝土试件受拉特性之间的量化关系,可以用于分析配筋受拉试件的初裂荷载、裂缝宽度等。通过与试验数据的对比得出了一些很有意义的计算与分析结果。     

内嵌碳纤维增强塑料板条抗弯加固混凝土梁试验研究

按照正常配筋浇筑了15根钢筋混凝土梁,在部分混凝土梁受拉区保护层内按照不同尺寸沿梁轴向开槽,在槽内嵌入碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,简称CFRP)板条,用专用树脂对槽道进行充填,并对这些梁进行弯曲试验。研究了内嵌碳纤维增强塑料板条加固后混凝土梁的破坏形态、开裂弯矩、极限承载力情况,并与外贴等量碳纤维板条的混凝土梁进行了比较;分析了碳纤维板条加固量及开槽尺寸对承载力的影响及混凝土梁的变形和裂缝发展随加固量及开槽尺寸变化的情况。研究表明,与未加固梁相比,内嵌CFRP板条加固梁的极限承载力提高了11.2%―41.7%;与外贴CFRP板条加固梁相比,其极限承载力提高了15.5%―22.7%。     

Mixed-mode crack propagation through reinforced concrete

This paper presents the results of a very recent experimental research program aimed at investigating mixed-mode fracture of reinforced concrete. The tests were designed so that only one single mixed-mode crack generates and propagates through the specimen, as opposed to the usual dense crack pattern found in most of the tests in scientific literature. The specimens were three-point-bend beams of three different sizes. They were notched asymmetrically and reinforced with various ratios of longitudinal and inclined reinforcement. These experiments may help to understand the mechanisms of crack initiation and propagation through reinforcing bars under mixed-mode load conditions.     

非预应力筋对无粘结预应力混凝土梁性能影响分析

为跟踪无粘结预应力混凝土梁的全过程响应,建立了一种基于法平面弧长算法的有限元模型。该算法能较好地处理梁加载过程的响应变化,可穿越梁破坏前可能出现的极值点问题。设计了7根含有不同非预应力筋配筋率的无粘结预应力混凝土梁,利用提出的数值模型对这些梁进行非线性全过程分析。分析结果表明,没有配置受拉区非预应力筋的无粘结预应力混凝土梁的弯曲性能非常不理想,在梁内配置少量的受拉区非预应力筋,能极大改善梁的性能;随着非预应力筋配筋率的提高,无粘结部分预应力混凝土梁的开裂刚度和极限承载能力有显著提高,而后弹性挠度以及无粘结预应力筋极限应力则明显降低。     

CFRP-PCPs复合筋嵌入加固钢筋混凝土梁裂缝试验及计算方法研究

通过5根嵌入不同张拉控制应力的碳纤维增强塑料预应力混凝土棱柱体(CFRP-PCPs)复合筋加固钢筋混凝土梁受弯试验,对比分析试验梁的裂缝分布与发展,得到最大裂缝宽度与平均裂缝宽度在静力荷载作用下的变化特性。结果表明: 嵌入CFRP-PCPs复合筋能有效的减少被加固钢筋混凝土梁的裂缝宽度和高度。在试验基础上,根据国家现行混凝土规范,对平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式进行参数修正,建立了CFRP-PCPs复合筋嵌入加固钢筋混凝土梁最大裂缝宽度计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

基于扩展有限元法的钢筋混凝土梁复合断裂过程模拟研究

针对钢筋混凝土梁裂纹扩展问题,基于扩展有限元法,建立了预置裂纹的简支混凝土梁三维模型,用粘聚裂纹模型描述裂纹面间的力学行为,采用线性的软化曲线表示裂纹尖端断裂过程区的应变软化行为,分别对素混凝土梁和钢筋混凝土梁的复合断裂过程进行模拟,分析了纵向钢筋对裂纹扩展路径、荷载-挠度和荷载 -CMOD (裂缝开口处张开位移)曲线的影响,并与文献中的试验结果进行对比,计算结果与试验结果吻合良好,展示了扩展有限元法在结构断裂破坏分析方面的独特优势。     

Response of steel fiber reinforced high strength concrete beams: Experiments and code predictions

The shear-flexure response of steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams was investigated.Thirty-six reinforced concrete beams with and without conventional shear reinforcement (stirrups) were tested under a four-point bending configuration to study the effectiveness of steel fibers on shear and flexural strengths, failure mechanisms, crack control, and ductility.The major factors considered were compressive strength (normal strength and high strength concrete up to 100 MPa), shear span-effective depth ratio (a/d = 1.5, 2.5, 3.5), and web reinforcement (none, stirrups and/or steel fibers).The response of RC beams was evaluated based on the results of crack patterns, load at first cracking, ultimate shear capacity, and failure modes.The experimental evidence showed that the addition of steel fibers improves the mechanical response, i.e., flexural and shear strengths and the ductility of the flexural members.Finally, the most recent code-based shear resistance predictions for SFRC beams were considered to discuss their reliability with respect to the experimental findings. The crack pattern predictions are also reviewed based on the major factors that affect the results.     

预应力铝合金筋嵌入式补强钢筋混凝土梁裂缝分析与计算

完成了7根预应力7075铝合金筋嵌入式补强混凝土梁试件的四点弯曲静载试验,应用非接触式数字图像相关法对混凝土加固梁的裂缝形成、分布、裂缝宽度和间距进行分析,研究了铝合金加固量、预应力以及预应力水平对嵌入式补强混凝土梁试件破坏模式和裂缝特性的影响。试验研究表明:铝合金筋嵌入式补强法可以显著提高混凝土梁的承载能力,施加预应力进一步增强加固梁的强度并延缓混凝土开裂和钢筋屈服;端部锚固有效避免了加固梁试件发生剥离破坏,提高高强铝合金强度利用率;施加预应力、增大加固量和提高预应力水平,均可以有效控制裂缝扩展,减小裂缝宽度和间距;根据中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010?2010)对嵌入式非预应力/预应力铝合金筋补强混凝土梁的裂缝宽度和分布进行了计算,理论计算值与试验结果吻合良好,结果表明:中国混凝土结构设计规范给出的正常使用状态下最大裂缝宽度计算方法能够较好地考虑预应力、加固筋数量以及预应力水平对最大裂缝宽度的影响,适用于嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算与分析。     

Mechanical damage of ordinary or prestressed reinforced concrete beams under cyclic bending

The behaviour of metallic materials under repeated loading has been examined since the 19th century, but extended studies are more and more needed especially for reinforced concrete structures such as bridges, where high-cycle fatigue phenomena can be significant. In the present paper, a theoretical model based on fracture mechanics concepts is proposed in order to analyse the mechanical damage of ordinary or prestressed reinforced concrete beams with a rectangular or a T cross-section subjected to cyclic bending. Local phenomena, such as fracturing or crushing of concrete and yielding or slippage of the longitudinal steel reinforcement, are examined. Further, fatigue life is predicted by applying a crack growth law, and the energy dissipated during the plastic shake-down phenomenon is evaluated.