超高强钢筋ECC梁受弯性能试验及承载力分析

为进一步研究工程用水泥基复合材料(ECC)与超高强钢筋组合成的超高强钢筋ECC梁(UHSRRE梁)的受弯性能,对3根UHSRRE梁、1根普通强度钢筋增强ECC梁(RECC梁)和1根普通强度钢筋增强混凝土梁(RC梁)进行弯曲试验,分析弯曲试验现象、ECC应变、延性性能和特征弯矩,并研究纵筋配筋率对UHSRRE梁承载力的影响。结果表明:UHSRRE梁和RECC梁的控裂能力比RC梁的控裂能力强; 与RECC梁相比,UHSRRE梁并未因采用超高强钢筋而使其控裂能力明显下降; UHSRRE梁截面应变基本符合平均应变的平截面假定,梁受拉区边缘的ECC应变小于ECC单轴受拉极限应变,梁受拉区的ECC始终不退出工作; UHSRRE梁受拉区和受压区边缘ECC应变的最大值、受压区高度和特征弯矩(除开裂弯矩)都随纵筋配筋率增加而变大; 随纵筋配筋率增加,UHSRRE梁的能量延性系数先增后减; 当UHSRRE梁具有适当纵筋配筋率时,其延性性能可优于RECC梁的延性性能。     

预应力钢箱高强混凝土组合箱梁抗弯承载能力研究

预应力钢箱高强混凝土组合梁将组合梁技术、现代预应力技术与高强混凝土有机结合在一起,已在工程中广泛使用,其抗弯能力是工程上最为基本也是最重要的要求。为掌握预应力钢箱高强混凝土组合梁的受弯性能,得到其极限抗弯承载能力,设计足尺试验梁。试验在自行研制的试验装置上进行;得到试验梁的弯矩挠度曲线、滑移特征曲线、预应力筋应力力增量及截面高度应变分布等重要参数,描述其破坏形态。后根据内力平衡和弯矩平衡分析,得到预应力钢箱高强混凝土组合梁极限抗弯承载力计算公式。并选取众多文献的组合梁试验结果,进行计算值和实测值对比分析,结果吻合良好。提出的极限抗弯承载力计算方法适用于采用普通钢的组合梁和预应力组合梁。而对于高强钢预应力组合梁采用简化塑性理论计算结果稍大。总体而言,预应力筋的存在能提高组合梁的弹性工作范围和极限抗弯承载力,减少结构变形,使普通钢-高强混凝土组合梁具有更好的工作性能。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁抗弯性能的试验研究

通过 2 5根钢筋钢纤维混凝土梁的抗弯性能试验 ,研究了钢纤维和高强混凝土对受弯构件初裂强度、极限强度和延性的影响。给出了钢筋钢纤维高强混凝土受弯构件的正截面承载力计算公式     

RC/ECC组合梁抗弯性能试验研究

为了合理利用高性能纤维增强水泥基复合材料,进行RC/ECC组合梁抗弯性能试验研究。研究表明:采用国产纤维配置的RC/ECC组合梁的抗弯承载能力、变形能力、裂缝控制能力均优于钢筋混凝土梁和钢筋增强ECC梁,且能将成本控制在钢筋混凝土梁的1.2倍左右,ECC厚度取60mm(38%梁高)时具有较高的性价比。需高度重视混凝土与ECC材料的界面处理以提高界面的有效粘结。     

钢筋ECC/混凝土复合梁斜截面受剪性能试验研究

基于钢筋ECC/混凝土复合梁的三点弯曲加载试验,主要研究剪跨比、ECC层厚度和配箍率对复合梁受剪性能的影响,研究结果表明,与RC梁相比,当采用同体积同强度的ECC材料替换梁中部分混凝土,复合梁的极限承载力与抗剪延性均明显提高;ECC层的存在还可有效抑制复合梁斜裂缝的开展,并延缓梁内箍筋屈服,且随着ECC层厚度的增大,复合梁的承载力和延性越大;剪跨比依然是决定复合梁破坏形态的关键因素,由于PVA纤维的桥接承拉作用,配箍率较大且ECC层较厚的复合梁,发生剪压破坏时其箍筋更不易屈服。     

再生混凝土梁抗弯性能非线性有限元分析

采用有限元软件ANSYS对再生混凝土梁的抗弯性能进行非线性有限元分析。针对不同的再生粗骨料取代率和纵向受拉钢筋配筋率,在其余试件参数完全相同的情况下,研究再生混凝土梁正截面的抗弯性能。分析结果表明再生混凝土梁与普通混凝土梁的变形和裂缝开展情况基本相同,但抗弯刚度和延性存在差异。随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土梁的抗弯刚度有下降的趋势,但延性有所提高。另外,随着纵向钢筋配筋率的增大,梁的抗弯承载力不断提高,但变形能力逐步下降。最后,再生混凝土梁的抗弯过程与普通混凝土梁基本相同,平截面假定仍然成立。     

压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析

连续组合梁在内支座处的负弯矩区段会出现混凝土板受拉、钢梁受压的不利局面。为了解组合梁在负弯矩作用下的受力性能 ,并为有关连续组合梁的进一步研究提供依据 ,对压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯性能进行了试验研究。结果表明 ,按照简化塑性方法计算压型钢板组合梁截面在负弯矩作用下的抗弯承载力与试验结果吻合很好 ;在其他参数不变的情况下 ,纵向钢筋配筋量对梁的延性、滑移及裂缝等都有较大的影响 ;此外 ,压型钢板对组合梁抗弯承载力的提高作用有限 ,设计时可以忽略不计。     

采用ECC提高RC梁抗弯性能的试验研究

采用国产纤维制成的高性能水泥基复合材料(ECC)替代部分混凝土,形成受拉区部分为ECC的RC/ECC组合梁(RE梁),并与普通钢筋混凝土梁(RC梁)进行抗弯性能对比试验研究。结果表明,RE梁的破坏模式为受剪破坏,极限抗弯承载能力约为RC梁的1.35倍,平均最大跨中挠度约为RC梁的1.5倍;在加载过程中,RE梁的裂缝宽度随荷载的增长速率远远低于RC梁,裂缝数目多、间距小、宽度小。采用ECC替代20%梁高的受拉区混凝土可使梁获得较为优越的抗弯性能。     

铝合金板加固RC梁的抗弯试验

铝合金板以其优良的力学性能成为了RC梁的理想加固材料,特别适合侵蚀及寒冷环境的加固工程.为了探究铝合金板加固RC梁的抗弯性能,设计了4根RC基准梁和10根铝合金板加固RC梁,并考虑铝合金板和RC梁的3种连接方式:结构胶、结构胶十螺栓连接和结构胶+U形箍连接,对其进行抗弯试验研究.试验表明:所有试验梁都发生了延性破坏,破坏过程分为3个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,分别以开裂荷载、屈服荷载和极限荷载作为区分标志.整个过程中铝合金板与RC梁协调变形、共同承载,截面平均应变符合平截面假定.铝合金板加固RC梁和RC基准梁的荷载-挠度曲线在弹性阶段相差不大;在弹塑性阶段,加固RC梁的斜率、屈服荷载随着铝合金板横截面面积的增大而变大,且明显大于相应RC基准梁;受拉钢筋屈服后至受压区混凝土压碎破坏前,不同于RC基准梁,铝合金板加固RC梁无论是荷载还是挠度都平稳变化,荷载-挠度曲线斜率明显大于相应RC基准梁的斜率,荷载有明显的攀升,体现了铝合金板对刚度和强度的贡献.相对于RC基准梁,铝合金板加固RC梁的开裂荷载小幅增加,屈服荷载和极限荷载显著变大,屈服荷载增加幅度介于33.07％～174.03％,极限荷载增加幅度介于57.70％～327.29％;开裂位移、屈服位移和极限位移小幅增加;延性性能有所降低,但仍然具有很好的延性,其延性系数均大于3,具有良好的耗能性能.     

T形截面部分包覆钢-混凝土组合梁抗弯刚度及承载力试验研究

研究T形截面部分包覆钢-混凝土组合梁(简称PEC梁)的抗弯刚度及承载力,对两根T形截面PEC梁进行静力加载试验。试验结果表明:竖向荷载作用下T形截面PEC梁具有良好的延性和变形能力,达到极限荷载时,型钢受拉翼缘和腹部纵向受拉钢筋均进入屈服状态,型钢受压翼缘未发生局部屈曲。腹部混凝土与钢梁间的滑移量较小,可忽略不计。在试验的基础上,推荐准确实用的T形截面PEC梁抗弯刚度及承载力计算公式。     

高强钢筋混凝土梁疲劳抗弯刚度试验研究

通过对8根高强钢筋混凝土梁进行抗弯静载试验和疲劳试验,探究了钢筋强度等级、混凝土强度等级及配筋率对高强钢筋混凝土梁疲劳抗弯刚度的影响,分析了疲劳试验过程中高强钢筋混凝土梁挠度的变化规律。试验结果表明,钢筋强度等级对梁的疲劳抗弯刚度影响不明显,配筋率是影响疲劳抗弯刚度的重要因素,提高混凝土、钢筋等级及配筋率可显著提高梁的疲劳抗弯刚度。重复荷载作用200万次后,梁的承载力有所下降,下降幅度小于5%,荷载作用过程中,梁的挠度得到了充分发展。     

配置600MPa钢筋有粘结部分预应力混凝土梁抗弯性能研究

对5根配置600MPa钢筋有粘结部分预应力混凝土梁进行静力加载试验,对试验梁的受弯承载力、混凝土应变、裂缝分布及延性等进行了分析,研究了混凝土强度及非预应力钢筋配筋率对试验梁抗弯性能的影响。结果表明:试验梁达到受弯极限状态时,尽管钢绞线未屈服,但600MPa钢筋可屈服,且梁的破坏仍具有一定的延性;试验梁跨中截面混凝土应变基本符合平截面假定,极限承载力可按照桥涵设计规范中抗弯理论公式计算;提出600MPa钢筋在预应力混凝土梁中抗拉强度设计值取500MPa,为600MPa钢筋在预应力混凝土结构中的应用提供参考依据。     

外贴CFRP加固RC梁正截面承载力的实用计算

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)和《混凝土结构加固技术规范》(CECS25:90),基于平截面假定,考虑二次受力,提出了外贴碳纤维加固RC梁的正截面承载力实用计算公式,从提高CFRP加固RC梁的延性出发,推导了其适用条件,用结构分析软件ANSYS模拟了CFRP加固RC梁的荷载位移曲线,最后计算了正截面抗弯承载力值。理论计算与试验结果比较吻合,可供工程设计参考。     

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能，以组合梁截面高度、主钢件翼缘厚度和腹板空腹率为变化参数，共设计4根试件并进行四点弯曲试验。通过对破坏现象、荷载-跨中挠度曲线、混凝土与主钢件应变、承载力与变形等的分析，研究了组合梁的截面高度、主钢件的翼缘厚度和腹板空腹率对部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁受弯性能的影响规律。研究表明：所有试件均发生受弯破坏，且延性较好；荷载-跨中挠度曲线呈现弹性工作段和弹塑性工作段，跨中截面主钢件与混凝土应变基本满足平截面假定；组合梁截面高度由400 mm增加到500 mm,试件受弯承载力提高29.3%;主钢件翼缘厚度由10 mm减小到8 mm,试件受弯承载力减小25.9%;腹板空腹率对受弯承载力影响不大。基于试验现象和基本假定，推导了部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁的受弯承载力计算式，其计算结果与试验结果吻合较好。     

内嵌CFRP板条加固混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过6根足尺混凝土梁的抗弯加固试验,对内嵌CFRP板条加固梁的破坏过程、受力性能、截面应变分布和挠度变形规律进行了研究。试验结果表明,内嵌CFRP板条加固梁跨中截面应变分布和挠度变形规律与外贴CFRP加固梁相似,但内嵌加固能有效避免板条的剥离破坏,其抗弯加固性能优于相应的外贴加固梁;预载加固将会降低内嵌板条的加固效果。基于混凝土结构加固理论,并考虑预加荷载的影响,对内嵌CFRP板条加固梁3种弯曲破坏形态(钢筋屈服前混凝土压碎、钢筋屈服后混凝土压碎和钢筋屈服后FRP拉断)下的抗弯承载力进行理论分析,并建立开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩的计算公式,其计算结果与作者及国内外已有的试验实测值吻合较好,可用于实际工程加固设计。     

预应力高强钢丝绳抗弯加固钢筋混凝土梁的试验研究

提出一种预应力高强钢丝绳抗弯加固混凝土结构的新方法(简称P-SWR加固技术)。介绍这种新技术的提出思想及实现工艺,对预应力高强钢丝绳抗弯加固混凝土梁进行试验研究,重点讨论直接加载、先损伤后加载、钢丝绳层数、钢丝绳与混凝土黏结性能、锚固方式等参数对加固性能的影响,并与粘贴CFRP和钢板加固混凝土梁性能作了比较。试验结果表明,预应力高强钢丝绳加固能同时显著提高混凝土梁的开裂荷载、截面刚度、屈服荷载、最大承载力,加固后的梁发生钢筋屈服、受压区混凝土压坏、钢丝绳断裂的延性破坏,能有效限制混凝土裂缝宽度,钢丝绳能达到极限拉伸应变而充分发挥作用。P-SWR加固技术可较好地解决现有加固方法中的诸多缺点,是一种高效主动式的加固技术。另外,该技术还具有易施工、耐火、耐老化、成本低等优点,值得在实际工程中大力推广应用。     

GFRP筋增强ECC梁的抗弯性能研究

利用玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋取代钢筋作为混凝土结构增强筋可以有效解决侵蚀环境下钢筋锈蚀问题,但存在着延性不足的问题,结构常常呈脆性破坏。研究了GFRP筋高韧性水泥基复合材料(ECC)梁的抗弯性能,并与GFRP筋普通混凝土梁和钢筋混凝土梁进行对比,结果显示GFRP筋ECC梁在抗弯承载力和延性方面均优于GFRP筋普通混凝土梁,并且GFRP筋ECC梁具有类似于钢筋混凝土的塑性破坏特征,不同于GFRP筋普通混凝土梁的脆性破坏。GFRP筋与ECC具有良好的协同工作能力,并且两者均具有优异的耐久性能,因此在海洋工程、冬季撒除冰盐的公路与桥梁工程等领域具有广阔的前景。     

钢筋增强ECC-RC复合梁研究现状

采用拉应变可达3%~5%、极限受拉破坏时平均裂缝间距和平均裂缝宽度仅为1mm~2mm和60μm~100μm的工程用水泥基复合材料(engineered cementitious composite,ECC)替换普通钢筋混凝土梁受拉区的部分混凝土材料形成ECC-RC复合梁,可提高构件的承载能力、延性和耐久性。文章系统介绍了工程水泥基复合材料的力学性能及其与钢筋粘结的本构关系,并总结了ECC-RC复合梁的弯曲抗裂和正截面承载力的计算理论,以及复合梁界限条件、变形能力、延性和配筋率对ECC梁弯曲性能的影响,可供工程设计人员参考。     

钢筋超高韧性水泥基复合材料梁正截面破坏的仿真分析

超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)具有较高的拉伸应变和抵抗开裂的能力,用其取代混凝土可以提高结构的延性和抗裂性能。基于ANSYS平台数值模拟了钢筋超高韧性水泥基复合材料梁和钢筋混凝土梁的正截面破坏过程,比较了两者模拟结果,研究了钢筋超高韧性水泥基复合材料梁的弯曲性能。结果表明,钢筋超高韧性水泥基复合材料梁的正截面破坏过程与钢筋混凝土梁相似,承载力和抵抗开裂的能力有所提高。     

钢筋超高性能纤维混凝土梁抗弯性能研究

通过8根采用自密实和常温标准养护制成的试验梁的静力加载试验,研究不同配筋率受弯构件的抗弯性能。试验结果表明:与相同基体强度和配筋率的钢筋混凝土梁相比,加入钢纤维后梁的极限承载力提高约13%,位移延性系数提高158%;加入钢纤维后梁的初裂荷载、裂缝宽度为0.1 mm时的荷载值占极限荷载的比例较对比梁大幅度提高,但裂缝宽度为0.2 mm时的荷载值与对比梁差别不大;随着钢筋配筋率的提高,试验梁极限承载力会相应的提高,相对于配筋率为0.86%的梁,配筋率分别为1.52%、2.38%时,梁的抗弯承载力分别提高72%、113%;参照CECS 38∶2004《纤维混凝土结构设计规程》,提出了钢筋超高性能纤维混凝土受弯构件正截面抗弯承载力计算方法,计算结果与试验结果吻合较好。