纤维织物增强高延性混凝土加固RC梁的受弯性能

为了提高钢筋混凝土（RC）梁的受弯承载力,采用纤维织物增强高延性混凝土（TRHDC）对RC梁进行受弯加固,设计2个对比试件和8个TRHDC加固试件. 通过四点弯曲试验,研究纵筋配筋率、织物层数和持载水平对RC梁受弯性能的影响. 试验结果表明：TRHDC加固梁均发生纵筋屈服、织物被拉断、受压区混凝土被压碎的弯曲破坏;纵筋配筋率为0.93%的TRHDC加固梁在纵筋与混凝土界面出现脱黏裂缝. 与RC梁相比,TRHDC加固使梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载显著提高,最大提高幅度分别为1.61倍、65.9%和39.2%,裂缝发展被有效限制,但RC梁的位移延性系数降低2.6%~74.5%. 增加织物层数将使加固梁的屈服荷载和峰值荷载的提高幅度非线性增加,该变化与纵筋配筋率有关;当持载水平由对比梁屈服荷载的50%升至80%时,加固梁的屈服荷载减小8.6%,峰值荷载及相应挠度分别增大3.2%和13.9%. 提出TRHDC加固层滞后应变和TRHDC加固梁受弯承载力的计算方法,所得计算结果与试验结果吻合良好.     

Theoretical analysis on bending behavior of functionally graded composite beam crack-controlled by ultrahigh toughness cementitious composites

Ultrahigh toughness cementitious composites (UHTCC) obviously show strain hardening property under tensile or bending loading. The failure pattern of the UHTCC components exhibits multiple fine cracks under uniaxial tensile loading with prominent tensile strain capacity in excess of 3%, with merely 60 μm average crack width even corresponding to the ultimate tensile strain state. The approach adopted is based on the concept of functionally-graded concrete, where part of the concrete, which surrounds the main longitudinal reinforcement in a RC (reinforced concrete) member, is strategically replaced with UHTCC with excellent crack-controlling ability. Investigations on bending behavior of functionally-graded composite beam crack controlled by UHTCC has been carried out, including theo- retical analysis, experimental research on long composite beams without web reinforcement, validation and comparison between experimental and theoretical results, and analysis on crack control. In addition to improving bearing capacity, the results indicate that functionally-graded composite beams using UHTCC has been found to be very effective in preventing corrosion-induced damage compared with RC beams. Therefore, durability and service life of the structure could be enhanced. This paper discusses the development of internal force and crack propagation during loading process, and presents analysis of the internal force in different stages, moment-curvature relationship from loading to damage and calculation of mid-span deflection and ductility index. In the end, the theoretical formulae have been validated by experimental results.     

内嵌式CFRP混凝土梁抗弯试验研究

对5根混凝土梁进行抗弯试验研究,包括1根对比梁、2根无损伤加固梁和2根损伤加固梁,研究了在开槽数目不同及加固条件不同的情况下,内嵌碳纤维板条钢筋混凝土梁的抗弯性能.研究发现,二开槽加固梁比三开槽加固梁的承载能力有所提高,损伤加固梁的承载能力略高于无损伤加固梁,加固梁的裂缝较对比梁的裂缝宽度小,延伸缓慢,分布更为均匀.     

配置500MPa钢筋的混凝土梁受弯性能试验研究

采用两点对称集中的同步分级加载方式,对14根配500 MPa钢筋的混凝土梁进行静力加载试验,了解其受弯破坏形态、受弯承载力、裂缝分布及变形等情况,为工程中推广应用500MPa钢筋提供试验依据。同时对其中6根配置表层钢筋的混凝土梁进行受弯承载力、裂缝形态及变形的对比分析。试验结果表明,此类构件的受力性能与普通钢筋混凝土受弯构件基本相同,可按照现行《混凝土结构设计规范》计算试验梁受弯承载力和变形,但裂缝宽度计算值偏大。同时,在构件的混凝土保护层中配置表层钢筋能有效控制裂缝间距和裂缝宽度,并能在一定程度上提高构件的刚度。根据试验结果,建议了此类构件的裂缝间距和裂缝宽度计算公式。     

海洋环境侵蚀作用下混凝土梁抗弯性能试验研究

试验研究了某海港码头足尺锈蚀混凝土梁的材料力学性能和抗弯承载能力,分析了混凝土梁在海洋环境中的耐久性失效问题,提出了锈蚀混凝土梁的弯曲破坏失效机理,建立了足尺锈蚀混凝土梁的三维有限元模型,并对不同锈蚀程度的混凝土梁进行锈蚀模拟.电化学加速试验结果证明了该模型的合理性.     

Experimental investigation and analysis on flexural performance of functionally graded composite beam crack-controlled by ultrahigh toughness cementitious composites

Based on the concept of functionally graded concrete, UHTCC (ultrahigh toughness cementitious composites) material with excellent crack-controlling ability is strategically substituted for part of the concrete, which surrounds the main longitudinal reinforcement in a reinforced concrete member. Investigations on bending behavior of such a functionally graded composite beam crack-controlled by UHTCC (abbreviated as UHTCC-FGC beam) have been carried out. After establishing a theoretical calculation model, the paper discusses the results of four-point bending experiment on long composite beams without web reinforcement, and validates the theoretical formulae through experimental results of UHTCC-FGC beams with different thicknesses of UHTCC layer. Besides improving bearing capacity and saving steel reinforcements, the results indicate that UHTCC-FGC beams can also effectively control the deformation and enhance the ductility of members. At last, the optimal thickness of UHTCC layer in UHTCC-FGC beams has been confirmed, which can not only save materials and improve mechanical performance of members, but also be very effective in preventing corrosion-induced damage and enhancing the durability of members by controlling crack width below 0.05 mm under service conditions. Supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50438010) and the Research and Application Programs of Key Technologies for Major Constructions in the South-North Water Transfer Project Construction in China (Grant No. JGZXJJ2006-13)     

预应力CFRP布及预紧螺栓加固RC梁试验研究

为提高碳纤维布加固RC结构的效果及其可靠性,提出了预应力碳纤维布与预紧螺栓联合加固技术。结合在役RC梁的损伤特点及目前的RC梁加固方法,分别采用不同的碳纤维布加固技术对完整梁和破坏梁的抗弯性能进行了对比试验研究。针对目前碳纤维布张拉设备的缺陷,研发了便于现场应用的新型碳纤维布布张拉设备,分析了预应力大小对加固效果的影响。结果表明,预应力碳纤维布及预紧螺栓联合加固技术是一种更可靠的桥梁加固方法,不仅能够提高RC梁正截面的抗弯承载能力及正常使用阶段的截面刚度,而且螺栓预紧锚固碳纤维布能够很好地抑制其在混凝土表面的剥离,提高碳纤维布与混凝土表面之间粘结强度,对碳纤维布施加预应力能够充分发挥其高强性能,有效抑制混凝土裂缝开裂和开展。     

HPF加固梁受弯性能影响参数试验

为研究原梁纵向配筋率和混凝土强度等原梁参数对其高性能复合砂浆钢筋网(HPF)加固梁受弯受弯承载力和变形能力影响,设计了7根HPF加固梁足尺受弯试验.试验结果表明高性能复合砂浆钢筋网加固RC足尺梁是一种有效的加固方法,能够显著地提高RC足尺梁的抗弯承载力、截面刚度以及抗裂性能;原梁参数对其加固梁的受弯性能改善效应影响显著.     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析

为研究配置了细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能,制作了HRBF400、HRBF500级钢筋混凝土矩形截面梁各4根进行静力抗弯试验.研究表明HRBF筋混凝土梁在短期荷载作用下的最大裂缝宽度实测值满足规范要求,但计算值不满足.HRBF400级钢筋混凝土梁在正常使用条件下的挠度能满足规范要求,HRBF500级钢筋混凝土梁不能够满足规范要求.推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式,提出了构件承载力利用系数的概念,分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度、高跨比对构件承载力利用系数的影响.在经济配筋率范围内,HRBF筋混凝土梁的延性基本满足要求.HRBF筋混凝土梁的耗能能力在较低配筋率时与普通钢筋混凝土梁相近,但随着配筋率的提高,其耗能能力较普通钢筋混凝土梁降低的快.同配筋率下,HRBF筋混凝土梁在弹性阶段的耗能能力较普通钢筋混凝土梁要高,且随着配筋率的增大而提高.     

高性能复合砂浆钢筋网抗弯加固RC足尺梁试验研究

目的研究加固RC足尺梁在不同加固方式和加固配筋率参数条件下加固梁受弯性能和破坏特征,为推广这种新型复合材料的应用提供理论依据.方法通过对14根采用该工艺加固的足尺钢筋混凝土梁和6根对比梁进行了受弯性能的试验.结果能有效提高梁的受弯承载力和刚度,较好地约束了裂缝的发展,具有良好的加固效果.结论高性能复合砂浆钢筋网对足尺RC梁进行抗弯加固,能较大幅度提高RC梁正截面承载力,相同的加固方法对原配筋率不同的试件的极限承载力的提高幅度近似,在使用上限范围内,承载力随加固纵向钢筋的面积增大而增大,加固后梁的截面刚度有一定提高,随着一次受力水平的提高,加固梁截面抗弯刚度提高程度越小.     

预应力CFRP布三种粘贴方式对RC梁受弯性能的影响

为研究不同加固方式对梁受弯性能的效果,以节约加固成本,采用单元"生死"技术对预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁进行了有限元模拟,并与试验结果做了比较,结果表明计算值和试验值吻合较好.在此基础上,分别设计了三种不同粘贴方式的预应力碳纤维布钢筋混凝土梁.第一种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底全部粘贴;第二种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底跨中粘贴;第三种粘贴方式是预应力碳纤维布梁底跨中部分粘贴.对三种不同粘贴方式下的预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁进行模拟计算,对比分析三种不同预应力CFRP布粘贴方式对钢筋混凝土梁受弯性能的影响.研究结果表明:同等条件下,采用第二种加固方案效果最佳.     

CFS/AFS加固RC梁抗弯试验研究

通过混杂纤维布加固补强钢筋混凝土梁的试验,研究了碳/芳纶混杂纤维布加固对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响和作用.试验研究了加固梁初裂荷载、极限荷载、刚度变化规律.试验与有限元计算结果表明混杂加固梁受弯承载力及刚度明显提高,混杂纤维布加固是可行的、高效的.     

有弱界面的CFRP抗弯加固中U型箍防剥离研究

锈蚀钢筋混凝土梁置换保护层或直接粘贴CFRP加固时,可能因新老混凝土结合面或锈胀裂缝产生水平削弱面.设计了9根加固梁,研究弱界面对CFRP剥离的影响及传统U型箍约束的有效性.结果发现,2种弱界面均使加固梁的整体受力性能受到削弱,局部剥离破坏更易发生,且界面越弱,剪切传递能力越差.U型箍约束能够防止纵向CFRP发生脆性剥离破坏,保证其有效参与受力.然而弱界面仍有可能导致局部保护层剥离,纵向CFRP易过早拉断.实际应用中,宜适度降低纵向CFRP的容许拉应变,并采取更为严格的约束和锚固措施.     

钢筋与混凝土耦合腐蚀RC梁性能研究

在混凝土结构耐久性的诸多影响因素中,钢筋与混凝土的耦合腐蚀已成为引起混凝土结构过早破坏的一个主要因素。基于不同腐蚀损伤水平条件下的14根简支钢筋混凝土梁抗弯试件的试验结果,分析了混凝土与钢筋耦合腐蚀损伤后梁的基本性能。同时,研究了耦合腐蚀对钢筋混凝土梁承载性能的影响,提出了耦合损伤条件下,钢筋混凝土梁抗弯承载力的一般评价方法,为指导此类构件承载性能评价及后续加固设计提供技术参考。     

CFRP板侧面加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验

对CFRP板侧面加固混凝土梁的受弯性能进行了试验,分析了碳纤维板加固面积、加固位置、配筋率等参数对加固梁受弯性能的影响,结果表明:使用碳纤维板加固钢筋混凝土受弯构件,可以显著提高其受弯承载力和抗弯刚度,但两者之间并不成正比,CFRP板的用量有一个最佳值;混凝土强度的提高对加固效果的影响不显著,但配筋率的变化对加固效果有较大的影响,低配筋率的梁使用CFRP板加固后承载力的提高幅度要比高配筋率的梁显著;由于CFRP板的弹性模量比钢筋的弹性模量小,加固梁破坏时的挠度仍较大.建议在实际工程中应尽量采用弹性模量高、厚度小的CFRP板,并保证其锚固长度.     

复合砂浆钢筋网加固约束梁抗剪性能试验

通过4根高性能水泥复合砂浆钢筋网加固的约束梁和2根未加固的对比梁的抗剪性能试验,研究了这种加固技术对混凝土约束梁抗剪性能的影响和作用,分析了抗剪加固对约束梁的开裂荷载、极限荷载、剪切刚度的影响。结果表明,利用这种方法进行加固,梁的抗剪承载力得到了显著提高,剪切刚度有一定程度的提高,同时加固措施对斜裂缝的发展有良好的约束作用。在试验研究的基础上,提出了加固梁的抗剪承载力建议公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

受拉钢筋暴露的钢筋混凝土梁承载力研究

在钢筋混凝土梁修复加固过程中，常常可能除去梁上部分破损的混凝土，使钢筋外露，在荷载作用下，造成梁的力学反应发生变化。本文提出了计算部分受拉筋暴露的钢筋混凝土简支梁承载力的方法，给出了在荷载作用下梁的应变变化情况，理论分析结果与实验结果吻合良好。     

FRP加固混凝土梁弯曲破坏的极限承载力设计

用FRP进行加固后,构件的受力特点和破坏模式与普通钢筋混凝土构件的破坏形态有所不同.本文主要分析FRP加固的混凝土梁的受力特点和破坏模式,然后探讨了FRP筋混凝土梁正截面极限抗弯承载力的计算方法,建立与之相应的计算公式,结论可供工程应用参考.     

Mechanics behavior of ultra high toughness cementitious composites after freezing and thawing

Mechanical behaviors of UHTCC after freezing and thawing were investigated, and compared with those of steel fiber reinforced concrete (SFRC), air-entrained concrete (AEC) and ordinary concrete (OC). Four point bending tests had been applied after different freezing-thawing cycles (0, 50, 100, 150, 200 and 300 cycles, respectively). The results showed that residual flexural strength of UHTCC after 300 freezing-thawing cycles was 10.62 MPa (70% of no freezing thawing ones), while 1.58 MPa (17% of no freezing thawing ones) for SFRC. Flexural toughness of UHTCC decreased by 17%, while 70% for SFRC comparatively. It has been demonstrated experimentally that UHTCC without any air-entraining agent could resist freezing-thawing and retain its high toughness characteristic in cold environment. Consequently, UHTCC could be put into practice for new-built or retrofit of infrastructures in cold regions.