CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁裂缝分析与计算

通过8根混凝土试验梁抗弯静力加载试验,开展对CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁在使用荷载作用下的裂缝分析与计算。试验结果表明:CFRP-PCPs筋内嵌加固混凝土梁的裂缝间距和裂缝宽度均小于未加固的对比梁,CFRP-PCPs筋使裂缝的开展得到限制,并且由于预拉应力水平的提高,裂缝宽度及裂缝平均间距均有不同程度的减小。根据试验数据,依据我国《混凝土结构设计规范》,通过理论分析,提出了适用于计算CFRP-PCPs复合筋内嵌加固钢筋混凝土梁裂缝宽度的理论分析方法。实测结果与该分析方法计算结果吻合良好,在工程实际中可得到应用。     

内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁的受弯承载力计算与可靠度分析

为探索混凝土梁加固后的安全性和可靠性,采用内嵌CFRP筋方法对两种混凝土梁进行加固并开展弯曲试验研究,在试验结果的基础上,基于可靠度理论,对加固后的混凝土梁进行可靠性指标的计算分析,探讨了在混凝土梁底部纯弯段开缺口对其承载力和安全性能的影响程度。结果显示:在混凝土梁的纯弯段部分开缺口形成宽缺口梁,没有降低混凝土梁的承载能力;内嵌CFRP筋加固混凝土梁和内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁都能显著提高其安全性和可靠性,可靠度指标最大提高幅度为110%。     

内嵌碳纤维筋加固钢筋混凝土梁可靠性研究

基于内嵌碳纤维(简称CFRP)筋抗弯加固混凝土梁的试验研究,开展变加固量内嵌CFRP筋加固梁可靠指标计算分析,探讨内嵌CFRP筋加固钢筋混凝土梁的可靠度水平随加固量的变化情况。结果表明:内嵌CFRP筋加固梁能够充分利用CFRP的高强特点,明显提高被加固梁的可靠性,其可靠指标提高幅度最大为79.52%。综合各方面因素分析可知,内嵌2根CFRP筋的加固效果最好。     

CFRP筋增强混凝土梁抗剪性能试验

针对桥梁和建筑结构中大量使用的碳纤维筋（CFRP）增强混凝土梁的抗剪性能,首先设计箍筋间距和剪跨比不同的3根足尺CFRP筋增强混凝土梁试件,并基于规范要求给出其抗剪性能测试试验工况和加载模式;然后,观察不同工况下试件在两点集中加载方式下裂缝的产生和发展过程,总结归纳CFRP筋混凝土梁的失效模式和破坏特征;同时,由CFRP纵向受力筋和CFRP箍筋的荷载—应变关系及CFRP筋混凝土梁的开裂荷载、极限荷载和荷载–挠度曲线的变化情况,分析研究CFRP筋混凝土梁承载能力和变形性能随剪跨和箍筋间距的变化规律;最后,分析剪跨、箍筋间距等影响因素对CFRP筋混凝土梁裂缝宽度、裂缝数量及裂缝分布的影响规律。结果表明：CFRP筋混凝土梁的剪切破坏由弯剪区贯通斜裂缝发展所致;CFRP箍筋配箍率和剪跨比对开裂荷载影响显著,箍筋配箍率越大,试验梁斜截面开裂荷载和极限破坏荷载增加,但是剪跨比越大梁承载力则明显降低;梁的挠度–荷载曲线呈两段式线性分布,梁破坏时变形明显,裂缝宽度较大,高强CFRP箍筋强度发挥有限。     

外贴碳纤维布加固钢筋混凝土梁裂缝性能试验研究

通过外贴碳纤维(CFRP)布加固钢筋混凝土梁受弯试验,研究了加固后钢筋混凝土梁在不同CFRP用量、不同CFRP-混凝土粘结宽度和不同预裂裂缝情况下的弯曲裂缝性能,测量了加固梁中纯弯段内钢筋和CFRP应变分布,分析得到了CFRP-混凝土局部粘结-滑移曲线特征。结果表明,外贴CFRP对加固梁的裂缝性能具有显著的改善效果,随CFRP用量和CFRP-混凝土粘结宽度的增加,裂缝间距和宽度均减小,随预裂荷载的增大,加固梁的裂缝间距和宽度增大。采用基于粘结-滑移理论的裂缝分析模型对试验梁的裂缝性能进行了分析,模型同时考虑了钢筋-混凝土界面粘结-滑移和CFRP-混凝土界面粘结-滑移对裂缝性能的影响,模拟裂缝宽度和试验裂缝宽度的对比表明,基于粘结-滑移理论的裂缝分析是合理的。     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

超大保护层钢筋混凝土梁短期裂缝宽度试验研究

为研究超大保护层水工钢筋混凝土梁的裂缝特征以及评估其对DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》裂缝宽度计算公式的适用性,进行了10根截面宽度为200～300 mm、高度为400～1 000 mm、保护层厚度为25～150 mm配置HRB400钢筋混凝土简支梁的受弯性能试验,得到梁的开裂荷载、裂缝间距的大小与分布、裂缝宽度等,分析了混凝土保护层厚度对梁的裂缝间距和裂缝宽度的影响,结合短期裂缝试验结果,采用DL/T 5057—2009《水工混凝土结构设计规范》的裂缝计算公式进行了对比计算。结果表明：在正常使用状态下,当混凝土保护层厚度小于60 mm时,裂缝平均间距随保护层厚度的增大而增加;当混凝土保护层厚度超过60 mm时,保护层厚度对裂缝平均间距影响不大;平均裂缝间距、平均裂缝宽度和短期最大裂缝宽度试验值与按DL/T 5057—2009计算的结果相比总体上偏小。根据试验结果并参考相关规范,给出平均裂缝间距计算式,并根据黏结滑移理论得到了适用于超大保护层厚度的钢筋混凝土梁短期最大裂缝宽度计算式,经与裂缝试验资料对比计算,其短期最大裂缝宽度与试验结果吻合较好。     

内嵌预应力混杂筋材加固混凝土梁试验研究

基于螺旋肋钢丝、CFRP筋材两种材料的特点,提出将预应力螺旋肋钢丝、CFRP筋材混合内嵌于混凝土梁中的加固方法,并通过对1根对比梁、6根内嵌不同加固筋材的试验梁进行静力加载试验,系统分析了加固梁的抗弯承载能力、变形能力、裂缝状况、破坏形态和延性等。研究结果表明,加固方法在满足延性要求的同时,能够显著提高试验梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载,改善被加固梁的变形能力。其中,BF1P2-45加固梁的加固效果较好。研究成果可为其他相关研究提供参考。     

碳纤维预应力棱柱体复合筋混凝土梁裂缝试验研究

通过6根混凝土梁的抗弯静力加载试验,对碳纤维预应力棱柱体复合筋(CFRP-PCPs)混凝土梁在使用荷载作用下裂缝的分布及发展进行研究。考虑到CFRP-PCPs复合筋的影响,在我国现有《混凝土结构设计规范》相关计算方法的基础上,对CFRP-PCPs复合筋混凝土梁的裂缝间距和最大裂缝宽度计算式进行修正,并将所提出的算式的计算结果与试验结果进行了对比,分析结果表明计算值与试验值吻合程度较好。     

500级高强钢筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨

通过8根HRB500级高强钢筋混凝土梁以及2根普通钢筋混凝土梁的受弯试验,对比分析试验梁的裂缝分布、平均裂缝宽度及短期最大裂缝宽度的变化特性。结合已有试验结果,对56根500级钢筋混凝土梁的受弯开裂特性进行综合研究,结果表明:试验梁的平均裂缝间距与规范GB 50010—2002公式的计算值符合得较好,而短期最大裂缝宽度计算值则大于实测值,尤其是当钢筋应力超过300N/mm2的情况。鉴于此,在参照国外相关规范的基础上,对该类梁的裂缝宽度计算提出了两种修正建议:①适当调整短期最大裂缝宽度的保证率,取90%的保证率可使计算平均值降低10%左右;②调整裂缝截面处钢筋应力的计算值,具体有两种途径,一是取准永久荷载组合进行计算,二是将钢筋应力超过某一值后取为定值,若将该应力定值取为300N/mm2,裂缝宽度比值的均值为1.063,变异系数为0.176,计算效果非常理想。     

配置高强钢筋的混凝土梁裂缝试验研究

采用两点对称集中的同步分级加载方式,对8根配置500 MPa钢筋和4根配置400 MPa细晶钢筋的混凝土梁进行静力加载试验,观测试件的裂缝发展过程,了解此类构件的裂缝特点,为工程中推广应用500 MPa钢筋和400 MPa细晶钢筋提供试验依据。试验结果表明,配置500 MPa钢筋和400 MPa细晶钢筋的受弯构件裂缝发展规律与普通钢筋混凝土受弯构件基本相同,但在正常使用状态下,按照现行混凝土结构设计规范对此类构件进行裂缝宽度验算,计算值均大于试验值。同时,结合其它67根配置高强钢筋的混凝土梁试验数据,评估了现行混凝土结构设计规范裂缝宽度公式的适用性,并在该规范的计算模式基础上,提出平均裂缝间距及短期最大裂缝宽度计算的修正公式,修正公式的计算结果与试验结果符合较好。     

大保护层混凝土梁的裂缝试验

采用两点对称集中的同步分级加载方式,对4根配置500 MPa钢筋的大保护层混凝土梁进行了静载试验,观测试件的裂缝发展过程,了解此类构件的裂缝特点;同时,结合另外24根大保护层混凝土梁的试验数据,建议了此类构件的裂缝间距及裂缝宽度的计算公式,并根据配置表层钢筋或箍筋的混凝土梁试验结果,对大保护层混凝土梁提出了裂缝宽度控制建议。分析结果表明:配置500 MPa钢筋的大保护层混凝土梁裂缝发展规律与普通钢筋混凝土梁基本相同,但在正常使用状态下,混凝土构件的裂缝宽度较大,难以满足规范要求;按照中国现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)对大保护层混凝土梁进行裂缝宽度验算得到的计算值普遍大于实测值。     

配置高强钢筋的后张有黏结预应力梁短期裂缝试验研究

进行了29根配置500MPa级钢筋的后张有黏结预应力混凝土梁的受弯性能试验,获得了29组裂缝间距和96组短期裂缝宽度数据;收集了国内外29根后张有黏结预应力梁的裂缝试验数据。采用以上试验数据,分析了后张有黏结预应力混凝土梁的短期裂缝特征,并评估了GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中裂缝计算公式的适用性。研究结果表明：规范GB 50010—2010的短期裂缝计算方法仍适用于配置高强钢筋的后张有黏结预应力梁,按其公式计算的平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度较试验值普遍偏大,二者之比的均值分别为1.086、1.313和1.263。因此,建议对GB 50010—2010规范公式部分参数进行修正,并建议将计算裂缝宽度明确为梁侧面最外排受拉钢筋中心处、钢筋应力取为最外排受拉钢筋的应力。通过参数回归分析,得到裂缝宽度的修正计算公式,并提出梁侧面最外排受拉钢筋中心处与受拉边缘、预应力筋中心处的裂缝宽度的换算关系式,建议公式的计算值和试验值符合较好。     

预应力碳纤维布加固钢筋再生混凝土梁受弯承载力研究

试验浇筑4组再生粗骨料掺量为0%、40%、70%、100%的钢筋再生混凝土梁,根据预应力碳纤维布拉断破坏和剥离破坏的界限加固量,每组对2根钢筋再生混凝土梁进行预裂破坏后,分别进行预应力碳纤维布一层和两层加固,然后对4组钢筋再生混凝土梁进行受弯承载力试验。试验表明：随着预应力碳纤维布加固量的增大,加固梁的受弯承载力增大,梁屈服时,纯弯段受拉区横向裂缝数量增多且宽度较小;随着再生粗骨料掺量的增大,加固梁受弯承载力降低,梁屈服时,裂缝数量减少、宽度增大。最后依据试验结果与平截面假定,结合再生粗骨料掺量对钢筋再生混凝土梁受弯承载力的影响,考虑钢筋再生混凝土梁的二次受力,建立了预应力碳纤维布加固钢筋再生混凝土梁的受弯承载力计算公式。计算结果表明：受弯承载力计算值与试验值吻合较好,可以为预应力碳纤维布加固钢筋再生混凝土梁设计提供参考。     

石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁受弯性能研究

为研究石墨烯/环氧涂层钢筋应用于混凝土构件时的性能,对3根石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁进行正截面受弯性能试验,对比分析各试验梁的承载力、挠度、裂缝和破坏形态,并将试验值与规范公式的计算值进行对比.结果 表明:石墨烯/环氧涂层钢筋混凝土梁的受弯性能与普通钢筋混凝土梁基本相同,环氧涂层中石墨烯的掺量对...     

高强钢筋高强混凝土梁静力和疲劳性能试验研究

通过9根配有新Ⅲ级钢的高强混凝土梁和4根配有Ⅱ级钢的混凝土梁的静载和等幅疲劳荷载试验,分析研究了高 强混凝土梁的变形性能和疲劳特性。试验结果表明,在高强混凝土梁中应用高强钢筋,可以使两者的性能得以充分发挥, 不仅承载力大幅度提高,而且能较好的满足正常使用极限状态的要求。高强混凝土受弯构件在疲劳荷载作用下刚度降低, 裂缝宽度增大,其变化规律和受压区混凝土应变的增加规律基本一致。疲劳荷载作用N次后构件的裂缝宽度,可根据初 始裂缝宽度和受压区混凝土应变增长系数来计算。根据试验分析,得到了高强混凝土梁在疲劳荷载作用下的截面应力、裂 缝宽度及高强钢筋S-N曲线试验回归公式,可为高强混凝土梁设计提供一定的参考。     

CFRP片材加固混凝土梁收缩徐变效应研究

按换算截面法推导了FRP片材加固混凝土梁的短期与长期挠曲变形计算公式,在此基础上编制了相应的分析计算程序,该分析方法能较准确预测开裂混凝土梁的长期挠曲变形。制作了10根钢筋混凝土梁,其中6根为普通钢筋混凝土梁,另外4根为CFRP片材加固梁,并对试件的短期与长期受力性能进行了试验观测,持续荷载作用下对试件进行了近700d的收缩徐变试验。运用本文计算方法预测了试件的长期挠曲变形,理论计算值与本文试验结果吻合较好。研究表明:碳纤维片材对混凝土梁的长期挠曲变形影响很小,但碳纤维片材能有效地控制持续荷载作用下裂缝的进一步开展。研究结果可为CFRP加固混凝土结构工程设计与理论分析提供参考。     

Cracking behaviour of RC beams externally strengthened with emerging materials

This paper presents some experimental results about cracking phenomena of reinforced concrete beams externally strengthened with bonded composite materials. Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) laminates or steel (SRP) tapes have been used. Comparisons with analytical results in terms of cracks width and crack spacing are reported using an analytical model developed by the authors, taking into account the non-linear behaviour of materials and bond laws. Comparisons at service condition with code formulas are also reported.