配置600MPa高强钢筋混凝土梁跨中挠度试验研究及计算方法

为研究配置600MPa高强钢筋混凝土梁的跨中挠度及其计算方法,设计了6组12根受弯梁,主要变化参数为配筋率和混凝土强度,对其进行静力受弯试验。分析了正常使用阶段各级荷载下的截面高度方向混凝土应变与纵向受力钢筋应变、荷载-跨中挠度全过程曲线等。试验结果表明：配置600MPa级高强钢筋的混凝土梁混凝土的应变变化符合平截面假定,荷载-跨中挠度全曲线为三折线。基于已有的配置335、400、500MPa钢筋混凝土梁的跨中挠度试验结果的分析,结合600MPa试验研究,对国内外现行的规范中钢筋混凝土梁跨中挠度计算公式的适用性进行了比较分析,表明现行规范公式适用于配置335~400MPa钢筋的混凝土梁。建立了适用于配置不同强度(335~600MPa)钢筋及不同强度(C40~C60)混凝土梁跨中挠度的统一计算方法。     

锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁静力学性能试验

通过对10根钢筋混凝土梁进行静载试验,研究分析了钢筋锈蚀率和钢纤维掺量对试验梁的承载力、荷载-挠度曲线、钢筋和混凝土应变等的影响。试验结果表明:随着钢筋锈蚀率的增大,试验梁的极限承载力和刚度均明显降低,屈强比增大,钢筋与混凝土正截面平均应变不再符合平截面假定。由于钢纤维的增强和阻裂作用,锈蚀钢筋钢纤维混凝土梁的受力性能优于锈蚀钢筋混凝土梁的,对于提高钢筋混凝土构件的耐久性有积极作用。     

疲劳荷载下锈蚀部分预应力混凝土梁挠度试验研究

通过对6根不同锈蚀率的部分预应力混凝土梁进行静力和疲劳试验,研究了疲劳荷载下锈蚀部分预应力混凝土梁破坏形态、疲劳寿命、刚度及跨中挠度的变化规律。试验结果表明:疲劳荷载作用下,锈蚀部分预应力混凝土梁均发生以某一主筋脆性断裂为标志的正截面弯曲疲劳破坏,随着钢筋锈蚀率的增大,锈蚀试验梁的疲劳寿命显著降低。锈蚀试验梁在疲劳荷载作用下的刚度变化呈现出3个阶段:迅速下降→缓慢下降→趋于平稳。根据锈蚀梁跨中挠度的变化规律,提出了疲劳荷载下锈蚀部分预应力混凝土梁跨中挠度的计算公式,其结果与试验数据吻合程度良好。     

模拟海洋环境下负载对锈蚀钢筋混凝土梁使用的影响

完成了对持续荷载作用下锈蚀梁、加载后卸载锈蚀梁、持续加载不锈蚀梁在使用阶段的对比试验。通过交替喷洒3.5%的盐水来模拟海洋潮汐环境,采用外加电流来加速钢筋锈蚀,整个试验过程中检测梁的锈蚀电流和跨中挠度。结果表明,荷载对钢筋锈蚀有明显影响,荷载作用使梁锈蚀加速,钢筋出现不均匀锈蚀。随着时间的增长,持续荷载作用下锈蚀梁的跨中挠度比没有锈蚀梁的挠度增长速度快。因此锈蚀钢筋混凝土结构在使用阶段的性能对耐久性能研究和使用寿命预测都非常重要。     

静载与钢筋锈蚀共同作用对再生混凝土梁受弯性能影响

为研究静载与钢筋锈蚀共同作用下再生混凝土梁的受弯性能,考虑3种再生粗骨料取代率（0、50%、100%）及4种静载水平（0、0.2Mu1、0.4Mu1、0.6Mu1,Mu1为对比梁的受弯承载力）的组合,共设计了9根再生混凝土梁进行加速锈蚀试验与静力加载试验。试验结果表明：当再生粗骨料取代率由0%增加到100%时,纵向受拉钢筋最大质量损失率与平均质量损失率分别增大了12.1%和9.5%;对于再生粗骨料取代率为50%的锈蚀梁,当静载水平由0增加到0.6Mu1时,纵向受拉钢筋最大质量损失率与平均质量损失率分别增大了43.5%和60.6%,加载破坏时梁受拉裂缝数量减少了21.4%,梁底面受拉裂缝平均间距增大了29.8%,梁屈服荷载与极限荷载分别降低了13.8%和10.4%,屈服挠度与极限挠度分别降低了17.0%和21.2%;当纵向受拉钢筋质量损失率低于7%时,其与周围再生混凝土之间能保持有效黏结,锈蚀再生混凝土梁加载时发生弯曲破坏;锈蚀再生混凝土梁的承载力随再生粗骨料取代率的增加而降低,而跨中挠度随再生粗骨料取代率的增加而增大,但总体上变化幅度不大;正常使用荷载范围内,平截面假定适用于未锈蚀与锈蚀再生混凝土梁。     

体外预应力加固部分预应力混凝土锈蚀梁抗弯性能研究

采用电化学加速锈蚀法,对部分预应力(PPC)梁中受拉纵筋进行锈蚀,然后使用经过镀锌防腐处理后的体外预应力钢绞线对锈蚀试验梁进行加固。通过对6根不同腐蚀程度、不同加固情况的试验梁开展弯曲试验,研究了静力荷载下构件的破坏形态、抗弯承载力、跨中截面应变分布、体内预应力钢筋应变、体外预应力钢绞线应变、跨中挠度及裂缝分布。试验结果表明:体外加固方式可以有效防止严重锈蚀混凝土梁发生脆性破坏,随着锈蚀率的不断增大,体外预应力加固对锈蚀梁的承载力及抗弯刚度的提高幅度逐渐增大;经过体外预应力加固后,体内钢筋及体外钢绞线的应变显著减小,改善了试验梁的受力性能,可以有效避免其发生钢筋脆性断裂;体外预应力加固可以有效地抑制裂缝的开展,延迟裂缝的出现,使其发展速度明显减小,显著提高试验梁的抗裂能力。     

钢筋锈蚀再生混凝土梁刚度退化规律及计算方法研究

采用电化学方法对纵筋进行锈蚀,通过加载试验研究了再生混凝土梁在不同纵筋锈蚀率下刚度退化规律.结果表明:再生混凝土梁破坏时的极限承载力随锈蚀率的增加而减小,当锈蚀率较小时,大约在5％极限承载力的荷载时梁在纯弯段内开始出现裂缝,破坏形态为适筋梁弯曲破坏;当锈蚀率较大时,破坏时裂缝分布有向跨中靠拢的趋势.当荷载较小时,随着纵筋锈蚀率的增加再生混凝土梁跨中挠度变化不大;当荷载较大时,跨中挠度随纵筋锈蚀率增大而增大变得比较明显.再生混凝土梁的刚度因纵筋锈蚀发生了一定的退化,导致刚度退化的主要原因是再生混凝土梁截面和纵筋横截面面积减小以及二者之间粘结性能的退化,并基于钢筋截面面积减小这一因素推导了再生混凝土梁弯曲刚度退化计算方法.     

高性能混凝土简支梁正截面的抗弯疲劳性能

通过10根三分点加载方式下的简支梁抗弯静力和疲劳试验,研究了不同混凝土强度等级、不同钢筋类型和不同荷载水平对高性能混凝土梁正截面疲劳性能的影响.通过分析梁跨中挠度、压区混凝土应变和拉区钢筋应变以及梁裂缝的发展规律,考察了高性能混凝土梁在弯曲重复荷载作用下的疲劳损伤过程.结合高性能混凝土和钢筋的材料疲劳损伤分析,提出了高性能混凝土粱疲劳寿命方程和疲劳后梁挠度的计算公式,并将理论计算的疲劳寿命、挠度与试验结果进行了比较,最后对比分析了高性能混凝土梁与普通混凝土梁抗弯疲劳性能的差异.     

碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度

利用外加电流加速锈蚀法获得锈蚀钢筋混凝土梁,对其粘贴碳纤维布加固后进行受弯试验,并对加固试验梁建立有限元模型,研究其在静力荷载作用下的抗弯刚度和变形能力。结果表明,随钢筋锈蚀率增大,碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度发生退化,极限变形能力逐渐削弱。粘贴纵向碳纤维布在一定程度上能够提高锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯刚度,设置横向U形箍则能有效提高加固体系的整体工作性能。在试验及分析结果基础上,按照传统钢筋混凝土梁截面抗弯刚度解析分析方法的思路,引入钢筋应变综合系数来考虑锈蚀钢筋与混凝土间粘结性能退化对梁抗弯刚度的影响,并根据试验梁和钢筋不同锈蚀程度有限元模型梁的计算刚度进行反推计算,建立了钢筋应变综合系数的计算公式,进而提出了碳纤维布加固锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算方法。与试验结果及有限元模拟分析结果的比较表明,所提计算方法具有较高的精度。     

考虑粘结滑移的锈蚀钢筋混凝土梁数值模拟研究

为了分析不同锈蚀程度钢筋混凝土梁的力学性能退化规律,采用有限元软件ANSYS数值模拟的方法,用COMBIN39三维非线性弹簧单元来模拟钢筋和混凝土之间的粘结滑移性能,并考虑不同锈蚀状态钢筋的力学性能退化。基于计算结果,对不同锈蚀程度钢筋混凝土梁的荷载-挠度曲线作了探讨,揭示了随钢筋锈蚀率的变化,钢筋和混凝土之间的粘结性能、钢筋混凝土梁的承载力等劣化规律。     

海洋大气环境下钢筋混凝土梁的时变性能

箍筋位于纵筋外侧，往往更早发生锈蚀而且锈蚀更加严重，使梁的剪切性能比弯曲性能退化更快，梁的破坏模式可能由未锈时的弯曲破坏转为锈蚀后的剪切破坏。通过对海洋大气环境下钢筋混凝土梁的时变性能进行分析，研究了锈蚀梁承载力退化和破坏模式转换，并分析起锈时间、箍筋直径和混凝土强度等因素的影响。分析结果表明：随着服役时间的增加，梁中箍筋会先于纵筋发生锈蚀，从而使梁的破坏模式从弯曲破坏向剪切破坏转换；延长钢筋起锈时间、增大箍筋直径、提高混凝土强度均能延缓梁的受力性能退化，并延缓锈蚀梁破坏模式转换的时间。     

锈损不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能退化试验研究

为了得到海洋环境下不锈钢钢筋混凝土梁的服役性能演变规律,给结构性能评价和使用寿命评估提供可靠数据,采用加速锈蚀试验方法获取了不同锈蚀状态的不锈钢钢筋混凝土梁,开展了受弯性能试验研究,测试了纵筋的质量锈蚀率、主裂缝区域的纵筋锈蚀率和锈胀裂缝宽度,探讨了锈蚀对受弯梁破坏模式、裂缝开展和承载力的影响规律,并对不锈钢钢筋与普通钢筋混凝土梁的锈蚀特征与承载力的差异性及其主要原因加以分析。结果表明：相比普通碳素钢,不锈钢钢筋锈后形态更倾向于坑蚀,因而在相同的质量锈蚀率下,不锈钢钢筋混凝土梁承载力退化更为严重;不锈钢中铁元素含量较低,在相同的锈蚀时间下不锈钢锈蚀产物膨胀率较小,使得不锈钢钢筋混凝土构件的锈胀裂缝发展较为缓慢;由于锈胀裂缝的存在,受拉混凝土极易大块剥落,裂缝发展迅速;影响不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力的最主要因素是主裂缝附近区域内的不锈钢钢筋局部锈蚀率。不考虑不锈钢钢筋的非线性强化,基于锈蚀钢筋名义强度和平截面假定得到了不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载能力计算模型,采用该模型得到的计算值与试验结果吻合较好,模型可以很好地反映锈损梁的受弯性能退化规律。     

高强不锈钢钢筋混凝土梁短期受弯裂缝宽度和刚度计算方法研究

部分国产500 MPa不锈钢热轧带肋钢筋具有高延性、低弹性模量的特点,为研究配置此类不锈钢钢筋混凝土梁的短期裂缝与刚度特征,进行了6根配置不锈钢钢筋和2根配置普通钢筋的混凝土梁受弯性能试验,并分析不同混凝土强度和纵筋配筋率对短期裂缝和刚度的影响。试验结果表明：其他条件相同下,不锈钢钢筋梁与普通钢筋梁的裂缝形态基本相同,但不锈钢钢筋梁侧纵筋中心位置和梁底处的裂缝宽度均大于普通钢筋梁的;钢筋屈服前,不锈钢钢筋梁纯弯段的弯矩-平均曲率曲线呈双折线,但其开裂后刚度较普通试件的偏低,二者刚度之比平均为0.63;增加纵筋配筋率可减小裂缝宽度并提高受弯刚度。进一步收集相关文献中9根配置同类型国产不锈钢钢筋梁的试验数据,并对GB 50010—2010中短期裂缝与刚度计算公式的适用性进行评估。分析结果表明,按GB 50010—2010中的短期裂缝宽度公式计算得到的梁侧面纵筋位置处的平均裂缝宽度与最大裂缝宽度较试验值偏大,计算值与试验值之比平均分别为1.348和1.588;短期受弯刚度计算值较试验值偏小,二者之比平均为0.890,有必要对相关公式进行修正。建议将不锈钢钢筋梁的裂缝宽度控制位置调整至受拉边缘,且将裂缝宽度限值取为0.4 mm。通过统计分析,提出短期受弯裂缝宽度和刚度计算公式的修正建议。建议公式计算值与试验值吻合较好。     

钢筋锚固长度与钢筋混凝土梁的抗弯承载力

在混凝土结构课程学习中,学生往往因为对锚固长度概念的理解不足而对保证钢筋混凝土梁抗弯承载力的各项构造措施产生疑惑.文章首先通过理论模型导出钢筋锚固长度的计算公式,再根据锚固区钢筋中的实际应力水平确定钢筋混凝土梁的抗弯承载力,并绘制相应的抵抗弯矩图,进而分析支座处钢筋的锚固长度、负弯矩区纵向受力钢筋的切断点位置,澄清了教学中对此问题的模糊认识,有利于加深学生对钢筋锚固长度以及混凝土结构中与之相关构造措施的理解.     

Flexural behavior of GFRP-reinforced concrete encased steel composite beams

To improve the ductility and meanwhile ensure satisfactory corrosion-resistant performance, a new type of FRP-reinforced concrete encased steel (FRP-RCS) composite beams comprised of ductile structural steel shapes in combination with corrosion-resistant FRP-reinforced concrete was proposed and studied. An experimental investigation on flexural behavior of the proposed FRP-RCS beams was conducted by testing a total of seven simply supported beam specimens subjected to four-point bending loads. The test specimens included one FRP-reinforced concrete (FRP-RC) beam reinforced with GFRP bars only and six FRP-RCS beams reinforced with both GFRP bars and encased structural steel shapes. The main parameters considered in this study were concrete compressive strength, amounts of GFRP reinforcement as well as ratio and configuration of encased structural steel shapes. The test results indicate that using encased steel shapes can provide a significant enhancement in load carrying capacity, stiffness, ductility and energy absorption capacity of tested beams. The tested FRP-RC beam suffered a brittle failure caused by the sudden fracture of tensile GFRP bars whereas the proposed FRP-RCS beams behaved in a ductile manner mainly due to the beneficial residual strength of encased steel shapes following concrete crushing. In addition, an analytical method was suggested to predict the load carrying capacity of the proposed FRP-RCS beams.     

Experimental study on shearing capacity of concrete beams longitudinal reinforced with steel fiber composite bars and BFRP bars

为了研究纵筋分别采用钢-纤维复合筋（SFCB）和玄武岩纤维复合筋（BFRP筋）的混凝土梁受剪性能，以普通钢筋混凝土梁作为对比，设计并开展了46根梁的受剪承载力试验，变化参数为剪跨比、纵筋配筋率和有无箍筋。试验结果表明:三种纵筋梁的受剪承载力均随着剪跨比的减小而增大；SFCB梁的受剪承载力随着纵筋配筋率的增大也增大。此外，提出广义销栓作用影响系数的概念，推导其计算式，用于评价复合纵筋和玄武岩纵筋对混凝土梁受剪承载力的贡献，并据此建立受剪承载力计算式。经与国内外共223组混凝土梁(纵筋为钢筋、BFRP筋和SFCB等)受剪试验数据对比，验证所提广义销栓作用受剪承载力计算式的正确性。在此基础上，采用与钢筋混凝土梁受剪承载力规范公式相近的安全度，建议了适用于纵筋为复合筋和玄武岩筋的混凝土梁受剪承载力设计公式。     

钢-纤维复合纵筋和玄武岩纤维复合纵筋混凝土梁受剪承载力试验研究

为了研究纵筋分别采用钢-纤维复合筋(SFCB)和玄武岩纤维复合筋(BFRP筋)的混凝土梁受剪性能,以普通钢筋混凝土梁作为对比,设计并开展了46根梁的受剪承载力试验,变化参数为剪跨比、纵筋配筋率和有无箍筋。试验结果表明：三种纵筋梁的受剪承载力均随着剪跨比的减小而增大;SFCB梁的受剪承载力随着纵筋配筋率的增大也增大。此外,提出广义销栓作用影响系数的概念,推导其计算式,用于评价复合纵筋和玄武岩纵筋对混凝土梁受剪承载力的贡献,并据此建立受剪承载力计算式。经与国内外共223组混凝土梁(纵筋为钢筋、BFRP筋和SFCB等)受剪试验数据对比,验证所提广义销栓作用受剪承载力计算式的正确性。在此基础上,采用与钢筋混凝土梁受剪承载力规范公式相近的安全度,建议了适用于纵筋为复合筋和玄武岩筋的混凝土梁受剪承载力设计公式。     

大气环境下锈蚀钢筋混凝土外伸梁力学性能试验研究

对大气环境中9根钢筋混凝土外伸梁进行试验,研究结果表明:箍筋比纵向钢筋更容易锈蚀;当锈蚀率低于5%时,在受弯过程中仍较好地符合平截面假定;锈蚀梁不存在明显的屈服点;锈蚀导致粘结力的下降,从而引起梁的刚度下降,平均裂缝间距增加。在锈蚀率相同的情况下,顺筋裂缝数量越多,梁的承载能力越低;顺筋裂缝宽度越大,梁的承载能力越低。正弯矩区和负弯矩区承载力下降程度分别是锈蚀率的1.7倍～2.5倍和1倍左右,主要是因为正弯矩区的裂缝数量和裂缝宽度要大。