无粘结CFRP筋预应力梁刚度及裂缝的计算

为了推导表达形式统一的无粘结CFRP筋部分预应力混凝土梁刚度及裂缝宽度计算公式,定义了无粘结CFRP筋应力增量与有粘结钢筋应力增量的比值为无粘结CFRP筋等效折减系数.在刚度计算公式中用无粘结CFRP筋的等效折减面积与普通钢筋面积之和与截面有效面积之比这一等效纵向受拉钢筋配筋率替代现行规范中的纵向受拉钢筋配筋率,在裂缝宽度计算公式中用无粘结CFRP筋的等效折减面积与普通钢筋面积之和这一等效纵向受拉钢筋面积替代现行规范中的纵向受拉钢筋面积.从而形成了与现行规范相协调的刚度及裂缝宽度计算公式,公式的计算结果与试验结果吻合良好.     

无粘结部分预应力纤维聚合物筋混凝土梁试验

目的研究无粘结CFRP筋部分预应力混凝土受弯构件的受力性能,荷载作用下CFRP筋应力增量、受弯构件变形以及裂缝分布特征.方法设计制作4根简支试验梁,梁中以CFRP筋作无粘结预应力筋、普通钢筋作非预应力筋,对试验梁在两点进行分级加载,根据各梁试验结果对这类梁的受力性能展开研究.结果试验梁的裂缝分布比较均匀,且主要集中在纯弯曲段;混凝土的开裂对梁的变形及CFRP筋应力增量影响不大,而非预应力钢筋屈服后,试验梁变形及CFRP筋应力增量明显增大,且CFRP筋极限应力增量受综合配筋指标影响显著;提出了以综合配筋指标为自变量的无粘结CFRP筋极限应力增量计算公式.结论无粘结CFRP筋部分预应力混凝土受弯构件有良好的力学性能,试验结果为开展这类梁的设计研究提供了理论依据.     

CFRP布加固混凝土梁裂缝宽度计算方法

为完善CFRP布加固混凝土梁裂缝宽度计算方法,一方面基于粘结-滑移理论,对CFRP布加固混凝土梁的裂缝间距和宽度公式进行推导,提出了适用于计算CFRP布加固钢筋混凝土梁和有粘结预应力混凝土梁裂缝宽度的理论分析方法;另一方面又按照传统钢筋混凝土结构裂缝分析思路,在平均裂缝宽度lm计算公式中引入CFRP布和有粘结预应力筋影响项,在裂缝宽度wm计算公式和钢筋应力不均匀系数ψ的计算公式中引入考虑CFRP布和有粘结预应力筋作用的影响系数δf,并给出相应半理论半经验公式.两种分析方法的计算结果与试验结果吻合较好.     

配置600MPa级钢筋部分预应力混凝土梁受力性能

通过进行12根有粘结部分预应力、无粘结部分预应力高强钢筋混凝土梁的试验研究,对比分析混凝土强度等级、预应力筋和非预应力纵向受拉钢筋配筋率对2种部分预应力高强钢筋混凝土梁受弯承载力、挠度及刚度的影响.研究结果表明:增加预应力筋和非预应力筋配筋率能够显著提高有粘结部分预应力、无粘结部分预应力高强钢筋混凝土梁的受弯承载力,减缓试验梁的刚度退化.有粘结、无粘结部分预应力高强钢筋混凝土梁的受弯承载力可以按照现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中相关公式计算.当600MPa级钢筋抗拉强度的设计值取500 MPa时,按规范计算梁受弯承载力具有足够的安全储备.     

无粘结预应力混凝土受弯构件裂缝宽度计算的一种简便方法

以我国现行规范JGJ92-2004《无粘结预应力混凝土结构技术规程》推荐的无粘结预应力混凝土受弯构件的裂缝宽度计算公式为基础,同时参考美国混凝土结构设计规范ACI318-08关于无粘结预应力混凝土受弯构件裂缝控制的有关设计规定,提出了无粘结预应力混凝土受弯构件裂缝宽度计算的一种简便算法.该方法的基本思路是:将无粘结预应力钢筋的有效预拉力作为构件截面外力,从而将无粘结预应力混凝土受弯构件的裂缝宽度计算转化为普通钢筋混凝土受弯构件的裂缝宽度计算.采用该方法得到的计算值与已收集到的84组无粘结预应力混凝土受弯构件裂缝宽度的试验值吻合较好,验证了所建议公式的合理性,可供我国相关规范今后修订时参考.     

预应力FRP加固混凝土梁的变形性能研究

结合试验结果对预应力FRP加固混凝土梁的变形性能进行了理论研究。推导了考虑预应力损失的截面屈服曲率、极限曲率和相应的屈服弯矩、极限弯矩表达式：计算了试件在不同预应力度、不同FRP补强率、不同纵筋含钢率情况下的截面曲率延性系数μφ,并进行了相关因素分析;简化M-φ曲线为两折线模型。分析结果表明：预应力度、预应力FRP补强率、纵向受拉钢筋配筋率ρ和纵向受压钢筋配筋率ρ’对截面曲率延性都有影响,其中纵向受拉钢筋配筋率ρ和纵向受压钢筋配筋率ρ’对截面曲率延性影响较显著。推导的理论计算公式和试验结果吻合较好。     

预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂性能

预应力碳纤维（CFRP）板加固混凝土梁可以有效地提高梁的抗裂度并减小梁的裂缝宽度,但我国现行规范以及ACI 440.4R-02规范中都没有相关的预应力CFRP板加固混凝土梁的设计条款。通过理论分析,得出了预应力CFRP板加固混凝土梁的抗裂度计算公式;考虑了CFRP板与普通预应力钢筋形状、粘结面等的差异,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的公式,对预应力CFRP板加固混凝土梁的单调静载试验结果进行计算对比,结果显示吻合良好。     

基于等效截面惯性矩的钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法

基于等效截面惯性矩概念,结合钢筋混凝土梁荷载-挠度曲线呈3阶段变化的特征,建立了钢筋混凝土梁在正截面开裂前和开裂后至纵向受拉钢筋屈服前的2阶段与作用弯矩相关的抗弯刚度计算公式.以纵向受拉钢筋配筋率和混凝土强度等级为变化参数,对12根钢筋混凝土梁进行受弯性能荷载试验.通过对比分析试验梁抗弯刚度的实测值与计算值,验证了所提计算方法的科学性和实用性.     

CFRP板加固混凝土梁试验与设计理论

为研究CFRP板宽度和受拉钢筋配筋率等因素对CFRP板加固混凝土梁受力性能的影响.进行了4根梁的单调静力试验.研究表明:加固梁的破坏模式均为CFRP板剥离破坏;随着CFRP板宽的增加,加固梁的开裂荷载有所提高,但屈服荷载和极限荷载并不一定提高;受拉钢筋配筋率越低,加固梁受弯承载力的提高程度越明显.基于国内外相关试验结果,建议CFRP板剥离应变值取为其极限拉应变的0.6倍.此外,提出了CFRP板加固混凝土梁受弯承载力、裂缝宽度和挠度的设计计算方法,计算值与试验结果吻合较好.     

钢纤维全轻混凝土叠浇配筋梁裂缝宽度试验研究

根据钢纤维全轻混凝土叠浇配筋梁、钢筋混凝土梁和钢筋钢纤维全轻混凝土梁的受弯性能试验,结合裂缝分型统计分析,研究了纵向受拉钢筋配筋率和钢纤维全轻混凝土截面高度对叠浇梁正截面主要裂缝分布平均间距、平均宽度和最大宽度的影响规律,提出了钢纤维全轻混凝土配筋叠浇梁正截面裂缝计算公式。研究成果为钢纤维全轻混凝土配筋叠浇梁正常使用极限状态裂缝验算提供了计算方法。     

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.     

CFRP筋钢筋混凝土剪力墙自复位性能试验研究

通过对1片钢筋混凝土剪力墙和4片配有碳纤维增强聚合物(CFRP)筋的剪力墙的低周反复荷载试验,在分析试验中测得的裂缝宽度、裂缝的发展和分布形态、侧向变形的基础上,研究了在钢筋混凝土剪力墙的适当位置部分或全部配置CFRP筋对剪力墙的残余裂缝和残余变形等自复位性能的影响规律。研究结果表明:与普通钢筋混凝土剪力墙相比,配有CFRP筋的剪力墙的开裂荷载较低,裂缝较多,裂缝分布分布范围较广,墙体的最大裂缝宽度、残余裂缝宽度和侧向残余变形分别降低了60%、70%和90%,说明在剪力墙中合理配置CFRP筋能使剪力墙具有优异的自复位性能。     

满足裂缝宽度限值条件下纵向受拉钢筋的配筋量分析

运用SL/T 191—96规范设计时,钢筋用量会出现由裂缝宽度限值控制的情况,为此新规范SL/T191—2008对裂缝宽度公式做了适当调整,降低了混凝土保护层厚度对裂缝宽度的影响.计算结果表明,在满足裂缝宽度限值的条件下,"2008规范"计算所需的纵向受拉钢筋的配筋量比"96规范"有所降低.通过两种规范的对比,给出了"2008规范"较"96规范"纵向钢筋配筋量的减少率,为工程设计提供了参考.     

梁柱配筋对混凝土局部受压承载力影响研究

针对现行规范计算混凝土局部受压承载力时,未考虑预应力框架节点处箍筋和梁柱纵筋影响的问题,本文在计算混凝土局部受压承载力时,引入了预应力框架节点处梁柱配筋的影响,提出了框架节点处与锚垫板相交的箍筋和梁柱纵筋作为等效垫板的思想． 研究结果表明：柱纵筋、梁纵筋和节点箍筋的等效新增的局部受压面积可取为3倍钢筋直径长度在垂直于预应力筋方向的投影面积. 基于分析结果,给出了考虑梁柱配筋影响的局部受压面积和底面积的计算公式,提出了考虑梁柱纵筋和箍筋影响的混凝土局部受压承载力计算方法．     

混凝土梁板中无粘结筋应力增长规律

针对无粘结预应力混凝土梁板在受荷过程中无粘结筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法编制了可用于考察正常使用极限状态无粘结筋应力增长规律的计算程序.基于模型试验结果和仿真分析结果,得到了非预应力筋配筋指标βs、预应力筋配筋指标βp、跨高比l/h、加载形式、预应力筋布筋型式、预应力筋合力点至受压区边缘距离hp等参数对正常使用阶段极限状态下简支、连续梁板中无粘结筋应力增长的影响规律;并建立了使用阶段无粘结筋应力增量计算公式.     

锈蚀RC框架柱性能劣化的模拟与评估

为研究钢筋的不均匀锈蚀对RC框架柱性能的影响。推导了钢筋锈蚀过程中混凝土裂缝扩展规律以及锈蚀产物沿钢筋环向的分布规律,建立了基于表观裂缝宽度的纵筋锈蚀程度评估模型。通过引入锈蚀影响系数提出了考虑不均匀锈蚀分布的锈蚀纵筋等效强度模型。基于已有试验结果分析了纵筋锈蚀和箍筋锈蚀的关系,建立了箍筋和纵筋锈蚀程度的关联模型。基于Mander的约束混凝土模型建立了锈蚀箍筋约束的混凝土模型。模型计算结果表明:钢筋锈蚀导致混凝土、钢筋强度显著降低,钢筋的不均匀锈蚀会对钢筋力学性能产生影响。基于OPENSEES平台和所提出的材料模型,建立了锈蚀RC框架柱的数值模型。根据已有试验资料,先后对本文所提出的纵筋锈蚀程度评估模型,箍筋和纵筋锈蚀程度关系模型,锈蚀箍筋约束混凝土模型,以及锈蚀RC柱的数值模型进行了验证。结果表明,本文模型具有较好的精度,锈蚀程度评估模型能够体现主要因素的影响,研究结果可用于既有混凝土结构的性能评估。     

SRC梁受力性能的试验研究——刚度、裂缝和受弯极限承载力

通过对12个SRC受弯梁的试验,对SRC梁的刚度、裂缝宽度和受弯极限承载力进行研究和理论分析。研究表明SRC梁的变形性能较RC梁优越,这是因为SRC梁中型钢对混凝土的变形存在有效的约束作用,型钢屈服后,这种约束作用减弱,变形急剧增加。考虑了型钢对混凝土的约束作用,以试验分析为基础,建立了SRC梁的刚度公式以及建议了计算SRC梁裂缝宽度所取用的型钢、钢筋和混凝土应力分布以及钢筋和型钢与混凝土粘结应力分布的简化图形。在此基础上导出了简单、实用的裂缝宽度计算公式。     

GFRP筋混凝土梁受弯性能试验

为改善GFRP(glass-fiber reinforced polymer)筋混凝土梁裂缝宽度较大的缺陷,提出一种将GFRP筋穿入金属波纹管并灌注水泥基高强灌浆料的新型构造措施,内部高强水泥基灌浆料与GFRP筋的黏结性能较好,共同参与受拉,外部金属波纹管可约束内部黏结裂缝的扩展,并增强与混凝土之间的黏结作用,进而减小GFRP筋混凝土梁的裂缝宽度.为验证其可行性,对配置钢筋、拉挤GFRP筋以及新型构造措施GFRP筋的6根简支梁开展了单调加载受弯试验,考察了GFRP筋混凝土梁在正常使用极限状态下的裂缝分布、平均裂缝间距以及平均裂缝宽度的发展规律.试验结果表明:与普通拉挤GFRP筋相比,新型构造措施可减小梁在使用阶段的裂缝宽度,延缓顺筋裂缝的出现;新型构造措施GFRP筋混凝土梁可满足各国规范0.5 mm最大裂缝宽度的限值规定,普通GFRP筋混凝土梁则不能满足要求;当GFRP筋配筋率接近或大于界限配筋率时,梁表现为首先混凝土受压破坏、最后FRP纵筋受拉断裂的失效模式,其受弯承载力高于钢筋混凝土梁,破坏前有较大的变形能力,平均挠跨比约为1/56.