无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁试验与分析

制备了9根两跨无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁,并完成了每跨三分点加载试验。考察了在加载过程中的开裂、中支座控制截面非预应力筋屈服、跨中控制截面非预应力筋屈服、极限破坏状态等阶段的受力特征,获得了无粘结CFRP筋在设计用承载能力极限状态和真实承载能力极限状态下的应力增长规律,基于试验结果提出了在这两个状态下的中支座两侧等效塑性铰长度计算公式,提出了分别以中支座控制截面综合配筋指标为自变量和以中支座控制截面相对塑性转角为自变量的弯矩调幅的计算公式。      

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。     

有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁抗弯承载力研究

纤维增强塑料筋(简称FRP 筋)是一种高强线弹性材料,非常适合用做侵蚀环境下的预应力筋,采用有粘结和无粘结相结合是提高预应力FRP 筋混凝土梁延性的一种新方法。对有粘结和无粘结相结合的预应力FRP 筋混凝土梁的抗弯承载力进行了理论分析和试验研究,基于平衡配筋率定义了有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁的破坏形态,推导了平衡配筋率和相应抗弯承载力的计算公式。为了验证公式的正确性,进行了9 根预应力FRP 筋混凝土梁的试验研究,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,在相同配筋的条件下,体内有粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最高,体内无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力其次,而无转向块的体外无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最低。采用体内有粘结和无粘结预应力相结合,可以改善预应力FRP筋混凝土梁的延性。     

CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁短期挠度计算方法

通过静力试验和理论分析,研究CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁在短期荷载作用下的使用性能,探讨短期挠度计算方法。结果表明,CFRP筋体外预应力加固梁的荷载-跨中挠度曲线呈三折线变化;跨中截面混凝土和CFRP筋的平均应变在梁体开裂之前沿截面高度基本呈线性变化,开裂后,CFRP筋的平均应变明显小于梁底混凝土的应变。基于试验结果,计算开裂刚度折减系数和CFRP筋粘结特征系数,考虑二次效应的影响,运用有效惯性矩法建立了CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁的短期挠度计算公式,可供实际工程设计 参考。     

非线性阶段次弯矩及其演化规律试验研究

采用基于割线刚度的等效线性化方法拓展了次弯矩概念,使其能够运用于非线性阶段。进行了4根无粘结预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。研究结果表明,运用等效线性化方法可以将连续梁非线性阶段的支座反力分解成为预应力等效荷载引起的以及外荷载引起的两个部分,从而分离出次弯矩和外荷载弯矩。非线性阶段,无粘结预应力连续梁的次弯矩随预应力筋拉力的增长而增长。次弯矩折减系数随中支座截面受压区相对高度的增大而增大。承载力极限状态,非线性次弯矩在数值上大于初始次弯矩。     

CFRP筋与海水海砂混凝土粘结性能试验与机制分析

通过碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋与海水海砂混凝土的中心及偏心拉拔试验,对比了CFRP筋在不同条件下拔出时的粘结应力及滑移值大小,得到完整的CFRP筋/海水海砂混凝土粘结-滑移曲线,同时分析了CFRP筋在混凝土中发生滑移时会产生的若干破坏模式,在此基础上对粘结-滑移曲线不同受力阶段特点进行了分析。同时,采用正交试验的方式,获得了不同因素对CFRP筋/混凝土粘结强度的影响程度。试验表明,CFRP筋/混凝土粘结力中摩擦力的占比较大,且粘结强度最主要的影响因素是混凝土的强度等级。除了传统拉拔试验中会出现的受力筋拉出破坏和混凝土劈裂破坏外,CFRP筋还会由于自身的外形、工艺及力学性能的影响,发生自身破坏。对不同破坏模式、受力筋外形的三种CFRP筋/海水海砂混凝土粘结-滑移曲线,采用多种理论表达式进行对比,最终得到不同条件下CFRP/海水海砂混凝土的粘结-滑移本构关系表达式。     

预应力CFRP筋-螺纹钢筋-型钢/混凝土偏拉构件抗震性能试验

为研究预应力碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋-螺纹钢筋-型钢/混凝土(SRC)偏拉构件的抗震性能,对4根预应力CFRP筋-SRC偏拉构件、4根预应力螺纹钢筋-SRC偏拉构件和3根普通SRC受拉构件进行了低周反复荷载对比试验,试验参数包括偏心距、预应力张拉水平、竖向拉力、预应力筋类型.研究结果表明:所有构件的破坏形态...     

体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布试验研究

进行了3根体外预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。试验表明,自加载至受拉区混凝土开裂前,连续梁处于弹性阶段,边支座、中支座反力、跨中截面和中支座截面弯矩的实测值与采用弹性理论计算值接近。受拉区混凝土开裂后至非预应力受拉钢筋屈服,边支座反力及跨中截面弯矩实测值开始向大于弹性理论计算值的方向偏离;而中支座反力及中支座截面弯矩实测值则向小于弹性理论计算值的方向偏离。当梁内受拉非预应力筋屈服后,边支座、中支座反力的实测值以及跨中截面弯矩和中支座截面弯矩实测值与弹性理论计算值的偏差进一步增大,这种偏差在试验梁破坏时达到最大。3根试验梁中支座截面弯矩重分布值分别为12.8%、16.9%及14.6%。试验实测值还与4个不同设计规范的弯矩重分布计算值进行了比较。结果表明:采用美国ACI 318-95规范及中国GB 50010-2010规范计算的中支座截面弯矩重分布值均小于试验实测值;除一根编号为B5的梁外,加拿大A23.3-M84规范的预测值与试验值最为接近;而英国BS8110规范则偏于不安全。实际设计中,可按中国规范公式来计算体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布,但必须合理确定体外预应力筋的极限应力。     

预应力空腹式钢骨混凝土梁受弯性能研究

通过5根无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁和1根非预应力空腹式钢骨混凝土梁的受弯试验,分析梁截面应变分布、变形、预应力筋内力增量发展及裂缝分布规律。结果表明:在其它参数条件相同的情形下,对空腹式钢骨混凝土梁施加预应力,可显著提高梁的抗裂承载力;以受拉区混凝土开裂和受拉钢骨下边缘屈服为转折点,试验梁的荷载-变形曲线呈三直线特征;破坏形态与非预应力空腹式钢骨混凝土梁相比裂缝出现较迟,裂缝向上开展缓慢,主裂缝特征不明显;建立的无粘结预应力空腹式钢骨混凝土梁的抗裂承载力和极限承载力计算公式与试验结果吻合较好。     

无粘结部分预应力砼受弯构件极限强度试验研究

通过１２块单向板和１１根简支梁的试验，分析无粘结部分预应力砼受弯构件的预应力筋极限应力和极限抗弯强度。试验结果表明，当非预应力有粘结钢筋受拉区截面积的配筋率大于０．４％时，配筋指标和跨高比是影响预应力筋极限应力和极限抗弯强度的主要因素，提出了预应力筋极限应力经验公式，并对无粘结部分预应力砼受弯构件进行了全过程分析，理论分析和试验结果符合良好。     

Flexural response predictions of reinforced concrete beams strengthened with prestressed CFRP plates

Existing experimental studies showed that the reinforced concrete (RC) beams strengthened with prestressed carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) plates had three possible flexural failure modes (including the compression failure, tension failure and debonding failure) according to the CFRP reinforcement ratio. Theoretical formulas based on the compatibility of strains and equilibrium of forces were presented to predict the nominal flexural strength of strengthened beams under the three failure modes, respectively, and a limitation on the tensile strain level developed in the prestressed CFRP plate was proposed as the debonding failure occurred. In addition, the calculation methods for cracking moment, crack width and deflection of strengthened beams were provided with taking into account the contribution of prestressed CFRP plates. Experimental studies on five RC beams strengthened with prestressed CFRP plates and a nonlinear finite element parametric analysis were carried out to verify the proposed theoretical formulas. The available test results conducted by other researchers were also compared with the predicted values.     

UPPC梁的开裂截面惯性矩及挠度计算研究

为满足无粘结部分预应力混凝土(UPPC)梁正常使用极限状态的设计要求, 必须合理估算使用荷载下构件的挠度。由于预应力筋与其周围混凝土没有粘结, 加之部分预应力混凝土梁的中性轴随外荷载而动, 开裂截面形心轴及开裂截面惯性矩也跟着变, 这给UPPC梁的挠度计算带来了困难。该文建立了一个UPPC梁的开裂截面惯性矩计算方法, 在此基础上, 可以按Branson方法很容易地计算出截面有效惯性矩。该有效惯性矩与按《混凝土设计规范》(GB50010-2010)方法所得的有效惯性矩较接近, 前者与后者之比在0.89~1.10。计算挠度与3个不同研究者的试验对比表明所建立方法是正确的并具有较广泛的适用性, 可用于无粘结预应力筋为纤维复合材料的混凝土梁, 而目前的混凝土结构设计规范方法则无法应用于此类构件。     

偏心受拉作用下预应力CFRP筋-型钢混凝土构件抗裂试验

为解决我国型钢混凝土桁架转换层拉杆及低层角柱在正常使用阶段易出现大面积拉裂缝的问题,以轻质高强、防腐的碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋为预应力筋,提出可有效控制裂缝的预应力CFRP筋-型钢混凝土结构体系,并对其偏心受拉作用下的抗裂性能进行系统研究。以预应力水平、偏心距、纵筋直径及型钢翼缘厚度为主要参数制作11个构件,通过自行研发的拉-压转换桁架实现偏拉加载。结果表明:引入CFRP筋后CFRP筋-型钢混凝土构件抗裂度大幅提升,相较于普通偏拉构件,预应力大偏拉构件开裂荷载提高了64.8%~102.3%,预应力小偏拉构件提高了61.7%~117%,其抗裂性能与预应力水平、纵筋直径和型钢翼缘厚度正相关,与偏心距负相关。参照组合结构设计规范,提出构件开裂阶段中和轴的三种位置分布,并推导出开裂荷载公式,与试验值比较吻合度较高,可为其他复合材料筋在预应力偏拉体系的应用提供参考。      

Simulating RC beams with unbonded FRP and steel prestressing tendons

A partial interaction based analysis to simulate the behaviour of RC beams with prestressed unbonded tendons is proposed. Unlike bonded reinforcement, the strain developed in unbonded reinforcing tendons under bending is uniform along the length of the member and is thus member dependant. Conventional analysis techniques incorporate correction factors and empirical components in defining the strain developed in both the unbonded and bonded reinforcement. Being semi-empirical, the post-cracking analysis cannot directly simulate the effects of tension-stiffening on the untensioned bonded reinforcement. Accordingly, this paper presents a segmental moment–rotation approach for simulating the behaviour of RC beams with unbonded prestressed reinforcement, such that the mechanics of the approach removes the reliance on empiricisms in defining the reinforcement and unbonded tendon behaviour. Validated against experimental results, the approach is shown to accommodate concrete creep, shrinkage and reinforcement relaxation, thus enabling prestressing losses to be quantified.     

Analytical approach for the flexural analysis of RC beams strengthened with prestressed CFRP

The objective of this paper is to propose a simplified analytical approach to predict the flexural behavior of simply supported reinforced-concrete (RC) beams flexurally strengthened with prestressed carbon fiber reinforced polymer (CFRP) reinforcements using either externally bonded reinforcing (EBR) or near surface mounted (NSM) techniques. This design methodology also considers the ultimate flexural capacity of NSM CFRP strengthened beams when concrete cover delamination is the governing failure mode. A moment–curvature (M–χ) relationship formed by three linear branches corresponding to the precracking, postcracking, and postyielding stages is established by considering the four critical M–χ points that characterize the flexural behavior of CFRP strengthened beams. Two additional M–χ points, namely, concrete decompression and steel decompression, are also defined to assess the initial effects of the prestress force applied by the FRP reinforcement. The mid-span deflection of the beams is predicted based on the curvature approach, assuming a linear curvature variation between the critical points along the beam length. The good predictive performance of the analytical model is appraised by simulating the force–deflection response registered in experimental programs composed of RC beams strengthened with prestressed NSM CFRP reinforcements.