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。     

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。     

高强钢绞线网增强ECC抗弯加固无损RC梁试验

为研究高强钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)加固钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)梁的受弯性能,考虑钢绞线直径、纵向钢绞线配筋率、ECC配方及端部锚固4个影响因素,对7个加固无损RC梁试件进行受弯试验。结果表明,在采用合理加固层端部锚固措施的情况下,通过高强钢绞线网增强ECC抗弯加固RC梁可显著提升其受弯承载力、延性、抗裂性,有效约束原RC梁的裂缝发展并减小裂缝宽度;纵向高强钢绞线配筋率的增大会提高加固梁的受弯开裂荷载、承载力、控裂能力、刚度,但试件配置过量的纵向高强钢绞线会降低加固梁的延性、韧性;在纵向高强钢绞线配筋率接近的情况下,采用直径较大的高强钢绞线,会在一定程度上降低加固梁的延性、韧性、控裂能力;加固梁的受弯开裂荷载、承载力、刚度随着ECC的弹性模量及抗拉强度的提高而增大;加固梁的控裂能力、延性、韧性随ECC极限拉应变提高而增大。     

配筋聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料梁的曲率延性

聚乙烯醇纤维增强水泥（Polyvinyl alcohol fiber reinforced cement,PVA/C）复合材料具有优越的受拉应变硬化特性,可显著提高结构的变形能力。本文以PVA纤维体积分数和受拉钢筋配筋率为研究参数,对6根配筋PVA/C梁和2根普通混凝土梁（RC）进行四点弯曲试验,并对其曲率延性进行了试验研究和理论分析。试验研究表明:配筋PVA/C梁的荷载-挠度（P-δ）关系曲线所包围的面积是C梁的1.64~2.43倍,证明配筋PVA/C梁有较好的持荷变形能力;在PVA纤维体积分数一定的情况下,试验梁的曲率延性系数随受拉钢筋配筋率的增大而减小;在受拉钢筋配筋率一定的情况下,配筋PVA/C梁的曲率延性系数是C梁的1.56~2.02倍,证明掺入PVA纤维显著提高了试验梁的延性。建立了配筋PVA/C梁曲率延性系数的计算公式,并分析了PVA纤维体积分数对受压区高度系数和曲率延性系数的影响,试验结果与计算结果吻合较好。      

基于材料延性的高延性混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

为探讨材料延性对无腹筋梁受剪性能的影响,根据高延性混凝土设计理论,考虑纤维抗拉强度、长径比和纤维掺量等因素的影响,进行了4种不同配合比高延性混凝土（HDC）的力学性能试验,并设计了7个高延性混凝土（HDC）无腹筋梁和2个混凝土（RC）梁对比试件,通过静力试验研究材料延性对无腹筋梁的破坏形态、承载力和剪切变形能力的影响。试验结果表明:1）4组HDC试件分别达到不同的延性要求,其等效弯曲韧性可达砂浆试件的50倍,极限拉应变可达普通混凝土的90倍;2） HDC无腹筋梁的承载力可达RC梁的2.36倍,剪切变形能力可达RC梁的3倍以上,均发生具有一定延性的剪拉破坏;3）除剪跨比和纵筋配筋率外,HDC无腹筋梁的受剪承载力和变形能力均随材料延性的提高而增大,在设计中应予以考虑,并可根据工程实际需要选择相应的材料延性需求。     

钢筋混凝土梁裂缝分型试验研究及统计分析

通过20根钢筋混凝土简支梁的试验,研究了纵向受拉钢筋和混凝土保护层厚度对裂缝分布形态的影响规律。根据各条裂缝的产生机理、延伸发展的特征和宽度变化规律,提出了钢筋混凝土梁的裂缝分型统计分析原则,确定了结构设计中裂缝宽度验算对应的裂缝形态特征,提出了以截面高度和纵向受拉钢筋直径为变量的纵向受拉钢筋有效影响区即有效受拉截面面积的计算方法,进行了平均裂缝间距、平均裂缝宽度及裂缝宽度扩大系数分布规律的统计分析。     

CFRP筋增强ECC梁弯曲性能试验研究

为研究碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋/超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)梁的抗弯性能,对3根CFRP筋/ECC梁、1根玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋/梁和1根CFRP筋混凝土梁进行了四点弯曲试验,分析了配筋率、纤维增强树脂复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋类型和基体类型对梁抗弯性能的影响。试验结果表明:CFRP筋/ECC梁与GFRP筋/ECC梁和CFRP筋混凝土梁类似,均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段;配筋率对CFRP筋/ECC梁的受弯性能影响较大。随着配筋率的增加,CFRP筋/ECC梁的承载能力不断提高,延性性能逐渐减弱;ECC材料优异的应变硬化能力和受压延性,使得CFRP筋/ECC梁的极限承载能力和变形能力均优于CFRP筋混凝土梁;由于ECC材料多裂缝开裂能力,CFRP筋/ECC梁开裂后,纵筋表面应变分布比CFRP筋混凝土梁更均匀; 由于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维的桥联作用,CFRP筋/ECC梁破坏时,其表面出现了大量的细密裂缝,且能保持较好的完整性和自复位能力;正常使用阶段,CFRP筋/ECC梁的最大弯曲裂缝宽度均小于CFRP筋混凝土梁。最后,根据试验结果,建立了基于等效应力图的CFRP筋/ECC梁弯曲承载力简化计算模型,确定模型中的相关系数。由简化模型计算的极限承载力与试验结果具有较好的相关性。      

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...     

TRC加固RC梁的弯曲疲劳破坏过程和应变发展的试验研究

该文采用四点弯曲加载方式研究了加固方式、配网率、配筋率、损伤程度等对TRC加固RC梁疲劳寿命、破坏过程及应变发展的影响。试验结果发现:TRC加固梁在疲劳荷载作用下其破坏过程可以分为三个阶段。第一阶段:循环次数大约在4万次以内,新的裂缝会不断产生,此阶段末裂缝基本出齐,该阶段相对加固梁的整个寿命过程较短;第二阶段表现为加固梁的挠度几乎不变,该阶段末梁会产生新的裂缝,并形成主裂缝;第三阶段:加固梁的跨中挠度迅速增加,在时间很短的情况下梁发生疲劳破坏。加固梁的混凝土压应变与受拉钢筋应变随荷载循环次数的增加也呈三个阶段发展:初始发展、稳定发展和迅速发展。配网率和配筋率的增大都会减缓中和轴的上移速度,减小疲劳破坏时梁顶混凝土压应变,从而提高疲劳寿命。较大荷载作用下的静力损伤会使加固梁的钢筋应变提前进入第三阶段的发展,会减小RC梁的疲劳寿命。     

钢筋-GFRP筋增强混凝土梁的疲劳力学性能

钢筋-玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋增强混凝土(RC)梁设计结合了钢筋和GFRP筋的优点,可以提高构件承载力,同时改善纯纤维增强复合材料(FRP)筋构件使用性能存在的问题,但是关于其疲劳性能的研究十分有限。因此,本论文进行了7根钢筋-GFRP筋增强RC梁的疲劳试验,研究参数包括疲劳荷载幅、有效配筋率、配筋面积比。结果表明,钢筋-GFRP筋增强RC梁疲劳破坏始于钢筋的疲劳断裂,钢筋疲劳断口光滑平整,显著区别于静力拉伸破坏断口。疲劳加载过程中,截面平截面假定仍然满足。疲劳荷载幅对疲劳寿命有显著影响,随着疲劳荷载幅的增大,梁中钢筋、GFRP筋和混凝土应力和应力幅均随之增大,疲劳寿命减小。增大有效配筋率,跨中挠度和最大裂缝宽度均减小,正常使用性能改善。配筋面积比(Af/As)的增加不利于构件抵抗疲劳荷载,Af/As由0.25增大到2.0,疲劳寿命从36.6万次降低到8.3万次。对比了各种疲劳挠度计算公式,CEB-FIP 2010规范的预测结果较好,误差范围在7%以内,推荐作为钢筋-GFRP筋增强RC梁疲劳挠度的计算公式。