基于Connector单元的锈蚀RC梁界面粘结性能细观数值模拟

结合随机骨料模型建立了锈蚀钢筋混凝土（RC）梁三维细观数值模型,采用Connector单元捕捉加载过程中界面相互作用变化的方法。利用已有试验数据验证了该模型的合理性。分析了加载过程中锈蚀RC梁界面粘结滑移分布以及变形协调系数的变化规律,探讨了界面粘结退化对RC梁抗弯承载力的影响。研究结果表明：采用Connector单元能描述加载过程中粘结应力以及相对滑移等界面行为的变化,可作为锈蚀钢筋-混凝土界面行为模拟的有效手段;界面的最大粘结应力随锈蚀率的增加而降低,30%的锈蚀率使得极限荷载下RC梁界面最大粘结应力下降71%;锈蚀会加剧荷载作用下锈蚀RC梁界面的相对滑移,界面相对滑移峰值位置由加载点逐渐向剪弯段区域转移;锈蚀会减小界面极限变形协调系数,锈蚀率达到30%时,极限变形协调系数为0.479,抗弯承载力下降55%。     

不同钢板加固方式对锈蚀钢筋混凝土梁承载性能的影响

为了研究不同钢板加固方式对锈蚀钢筋混凝土梁承载性能的影响,探索不同钢板加固方式的加固效果,通过静力荷载试验对比研究了钢板抗弯加固、抗剪加固和抗弯抗剪组合加固锈蚀RC梁在承载力、变形、破坏模式和延性等方面的特点,分析了不同加固方式的优缺点。研究结果表明：组合加固效果最明显,其极限承载力比锈蚀梁提高了107.7%;对于抗弯加固锈蚀梁,钢板厚度分别为3、4、5 mm时,厚度每增加1 mm,其极限承载力增加7~18 kN;组合加固锈蚀梁的抗变形能力最强,其次是抗弯加固锈蚀梁,且钢板厚度增加对抗弯加固锈蚀梁的抗变形能力有积极作用;组合加固较其他两种加固方式能更有效地提高锈蚀梁的延性,其延性相比锈蚀梁提高了320.4%,其次是抗剪加固锈蚀梁;抗弯加固锈蚀梁的延性比其他两种加固梁小,且随着钢板厚度增加,其延性先增加后减小。评价抗弯和抗剪加固锈蚀梁的加固效果时,需综合考虑抗变形能力和延性。     

二次受力下粘贴钢板加固RC梁抗弯性能分析

为了研究二次受力下粘贴钢板加固RC梁的抗弯性能影响因素,利用数值模拟软件ABAQUS建立了钢板加固RC梁受压模型,分析了钢板厚度、配筋率和预载量等因素对钢板加固RC梁抗弯承载力的影响,对试验数据进行分析处理.结果表明:二次受力下钢板加固RC梁抗弯承载力随初始应力增大而减小;钢板厚度、长度、配筋率和预载量因素中,初始荷载...     

考虑粘结滑移本构模型的托换梁承载特性分析

粘结滑移有限元分析是掌握型钢混凝土托换梁变形特性的关键手段。采用有限元分析软件建立了考虑和不考虑型钢与混凝土粘结滑移两种有限元模型,分析了托换梁荷载-挠度曲线、型钢应变及箍筋应变的变化规律。结果表明：不考虑粘结滑移时,托换梁的极限荷载、跨中挠度与试验值差值百分比范围分别为1.0%～6.8%和11.3%～24.5%,受剪段中部、梁跨中位置的腹板应变和内、外侧箍筋应变与试验值的差值百分比分别为23.1%、46.4%、15.8%和45.8%;考虑粘结滑移后,托换梁的极限荷载、跨中挠度与试验值差值百分比范围分别为0.7%～4.5%和5.7%～18.2%,受剪段中部、梁跨中位置的腹板应变和内、外侧箍筋应变与试验值的差值百分比分别为2.7%、1.3%、11.6%和27.7%;考虑型钢与混凝土粘结滑移的有限元模型可更准确地模拟梁的承载力和变形。     

不同方法加固足尺寸RC梁的抗弯性能

对4种常用加固方法加固的矩形截面钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了对比试验研究.通过10根混凝土梁的抗弯加固试验,研究碳纤维布(carbon fiber sheet,CFS)、非预应力与预应力钢绞线和黏钢加固RC梁的受弯破坏特征,探讨4种加固方法对梁开裂荷载、屈服荷载、极限承载力和延性的影响,比较各种加固梁的裂缝扩展、挠度和刚度变化.研究表明:1)相比未加固梁,CFS、非预应力与预应力钢绞线和黏钢加固梁的开裂荷载分别提高了27.8%、59.7%、94.4%和73.6%;屈服荷载分别提高了12.4%、26.1%、36.2%和37.6%;极限承载力分别提高了48.0%、71.1%、74.6%和75.6%;极限挠度分别减小了23.6%、21.0%、31.1%和19.6%.2)正常使用状态下,预应力钢绞线加固效果优于非预应力钢绞线.3)钢绞线对提高梁二次刚度作用明显,而钢板作用较小.     

荷载与湿热环境耦合作用下粘钢加固RC梁的耐久性能

粘贴钢板在钢筋混凝土结构加固领域得到了广泛的关注,但关于加固结构耐久性的研究较少涉及,尤其是荷载与湿热环境耦合作用下的耐久性研究。为探究粘钢加固RC梁在湿热环境与荷载耦合作用下的耐久性与损伤机理,开展了空载、静载和交变荷载与湿热环境耦合作用下7片粘贴钢板加固钢筋混凝土梁的15、30 d高温高湿老化试验,最后进行了加固梁的三点弯曲试验,获取了不同荷载与环境工况耦合作用下加固梁的破坏形态、挠度、钢板与钢筋应变等力学参数,进一步分析了荷载与湿热环境耦合作用对加固RC梁的力学性能及耐久性能的影响。结果表明:经过15、30 d的湿热老化后,粘贴钢板加固RC梁的力学性能有所退化,耦合静载作用的加固梁力学性能退化更加明显,耦合交变荷载作用的加固梁力学性能退化最为显著;交变荷载与湿热环境作用下加固梁的极限强度、弯曲性能、钢板极限应变较对比梁分别下降17.26%、17.21%、41.92%;荷载与湿热环境耦合作用对梁体受力性能影响较大,对破坏模式影响较小,加固梁在荷载与湿热环境耦合作用下的破坏模式分为混凝土开裂、裂缝发展、钢板剥离破坏3个阶段;湿热腐蚀介质渗透入钢筋混凝土梁及粘结界面,对加固结构耐久性造成了损伤,荷载耦合作用进一步加剧了损伤演化。     

EB-FRP及HB-FRP加固预裂RC梁对比试验研究

为验证FRP螺栓加固新技术的合理性,结合现役钢筋混凝土桥梁带裂缝工作的特点,采用表面粘贴FRP（EB-FRP）加固技术和FRP螺栓混合加固技术（HB-FRP）,分别对不同预裂度的钢筋混凝土简支梁进行抗弯加固,通过两点对称加载抗弯试验研究加固预裂梁的受力特性和破坏模式,分析裂缝分布对加固预裂梁的剥离荷载及FRP材料利用率的影响。试验结果表明,与表面粘贴FRP加固技术相比较,采用FRP螺栓混合加固的预裂梁,抗弯极限承载能力提高30%～44%,加固后结构的破坏表现为明显的延性,改善了FRP脆性剥离破坏模式;另外,钢筋混凝土梁裂缝对FRP的剥离荷载、FRP材料的利用率及梁的破坏模式影响显著。     

BFRP格栅/改性MMA树脂混凝土复合增强RC梁抗弯力学性能

为了研究BFRP格栅增强MMA树脂混凝土(BFRP-MMA)复合加固RC梁的抗弯力学性能、破坏形态及抗弯承载力计算方法,分别采用MMA树脂混凝土、普通环氧树脂混凝土以及两者与BFRP格栅的复合材料对RC梁进行了抗弯加固并进行了4点抗弯承载力静载试验。试验结果表明:BFRP-MMA复合材料与RC梁黏结性能良好,其破坏形态表现为BFRP格栅断裂。采用纯改性MMA及BFRP-MMA复合加固RC梁,均可以提高梁的开裂荷载。BFRP-MMA复合加固RC梁的极限抗弯承载力和变性能力相对RC梁分别提高了50.8%和108%。此外,根据建立的抗弯承载力计算方法所得计算值与试验值吻合良好。     

CFRP布NSM加固砼梁的抗弯性能试验研究

对3根对比梁和8根加固梁进行了试验研究.结果表明,CFRP布NSM加固能有效提高混凝土梁的抗弯承载力.根据混凝土构件中各种材料的应力-应变关系及变形协调原理,提出了考虑二次受力时FRP材料嵌入式加固混凝土构件正截面抗弯极限承载力的计算方法.另外,不同初始弯矩作用下,加固梁的极限承载力几乎相同.     

基于模型试验的FRP加固钢筋砼梁抗弯疲劳性能预测

为了解决循环荷载作用下纤维增强复合塑料（FRP）加固钢筋砼桥梁构件疲劳性能问题,根据FRP抗弯加固钢筋混凝土梁的疲劳试验资料,建立FRP加固梁式构件疲劳寿命预测模型、钢筋峰值应变累积并模型和构件挠度累积模型,并与既有相关模型的预测精度进行比较.研究结果表明：以钢筋峰值应变和挠度作为基于变形的疲劳性能指标,不仅可以与传统的基于应力的指标相似的精度预测FRP加固构件承受的循环荷载次数,还可与结构监测系统信息结合,实现疲劳失效预警.     

二次受力下FRP筋内嵌加固混凝土梁抗弯承载力分析

为研究二次受力对纤维增强塑料筋（FRP）内嵌加固（NSMR）混凝土梁抗弯极限承载力的影响,通过5根混凝土梁的静力加载试验,对在不同二次受力程度影响下的内嵌加固梁极限弯矩进行了研究.分析结果表明：随着初始弯矩的增大,对加固梁的极限承载力影响程度越大,由于不考虑二次受力影响所引起的计算误差就越大,所以当被加固梁的初始弯矩处于开裂弯矩区间时,可忽略二次受力带来的影响;当初始弯矩超过开裂弯矩时,则二次受力的影响不可忽略.     

锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁试验研究

为了研究锈蚀钢筋混凝土梁采用钢板锚贴加固后的力学性能,设计了12根钢筋混凝土梁,以设计锈蚀率为10%进行电化学快速锈蚀。在锚贴钢板加固前进行预压试验,裂缝宽度控制为0.2 mm。按保护层厚度分为3组,每组1根对比梁,其余3根分别按钢板厚度3、4、5 mm进行锚贴钢板加固。加载对比试验研究表明：锚贴钢板加固锈蚀钢筋混凝土梁的跨中截面应变基本符合平截面假定,正常使用性能得到明显改善,且极限承载力亦有明显提高。锚贴钢板有效地减小了锈蚀钢筋混凝土梁的裂缝宽度和裂缝延伸高度,在相同保护层和锈蚀率相近时,钢板厚度增加3~5 mm导致其挠度减小,且减小幅度为13%~51%。保护层厚度对加固梁的极限承载力影响不明显。     

外贴纤维布加固钢筋混凝土梁的抗剪试验研究

针对汶川地震灾区大量由于剪切损伤亟待修复的结构,研究了外贴玻璃纤维布(GFRP)或碳纤维布(CFRP)加固矩形截面梁的剪切破坏问题.通过对5根钢筋混凝土梁的加固试验,研究外贴纤维布对加固梁的破坏形态、刚度变化,裂缝开展情况及极限承载力的影响,并对不同的加同方法、配箍率和截面高度对抗剪加固效果的影响进行了分析.试验结果表明,外贴纤维布加固可明显提高钢筋混凝土梁的抗剪承载力和变形能力,并使梁的整体刚度得到提高;相对于CFRP加固,GFRP可显著提高加固梁的延性,增加纤维布的利用率.试验梁的截面高度越小,CFRP加固后其变形能力明显提高,但极限承载力却有所降低;同时,配箍率越大,加固梁的开裂倚载和极限荷载提高越明显,但加固梁的延性越差.最后,根据混凝土构件中各材料的应力-应变关系和变形协调原理,建立了实用的理论计算公式,理论计算结果与试验结果符合较好.     

碳/芳纶/玻璃层间混杂纤维布加固腐蚀梁抗弯性能

为了研究用良好延性的混杂纤维增强聚合物(HFRP)加固腐蚀结构的可行性.研究了碳(CFRP)/芳纶(AFRP)/玻璃纤维(GFRP)层间混杂纤维布加固腐蚀梁的抗弯性能,结果表明:CFRP/AFRP/GFRP层间混杂纤维布加固腐蚀梁的开裂、屈服、峰值、极限荷载比未加固腐蚀梁分别提高了14%、35%、102%和109%,而位移延性系数降低了11%.在试验研究的基础上,给出了HFRP布加固腐蚀梁的承载力计算方法,理论计算值与试验值吻合良好.     

表面内嵌FRP筋抗剪加固T形混凝土梁参数影响

为了研究不同参数对表面内嵌FRP筋加固梁抗剪性能的影响规律,对6根采用不同FRP筋类型、间距以及不同加固方式的FRP筋加固梁进行受剪性能试验.结果表明,该方法能够很好地改善加固梁的受剪性能,提高梁的极限承载力.未粘U箍和FRP筋间距小的加固梁更易发生剪切破坏.加固方式对加固梁跨中位移无明显影响,FRP筋类型和FRP筋间距对加固梁跨中位移影响显著.表面内嵌FRP筋不能提高试验梁的纯弯段开裂荷载,但能显著提高弯剪段开裂荷载.FRP筋类型、间距以及加固方式对加固梁的极限荷载影响显著.由于CFRP筋弹性模量高,故CFRP筋的应变小、利用率低;不粘贴U箍加固梁中FRP筋应变大于粘贴U箍加固梁;FRP筋间距越大,FRP筋的应变越大,利用率越高.     

复合材料加固混凝土梁斜截面承载力的研究

外粘贴纤维复合材料(FRP)加固钢筋混凝土梁的斜截面承载力与加固方式、FRP材料、FRP-混凝土界面应力和混凝土梁的原始参数有关。针对汶川地震中大量的斜截面破坏问题,分析了不同的加固方式、加固材料、配箍率、剪跨比和混凝土强度等参数对加固效果的影响。结果表明:FRP综合加固后混凝土梁斜截面承载力和变形能力明显提高,混凝土裂缝扩展延缓,加固效果明显;其中剪跨比和混凝土强度对加固后梁的挠度影响较大,而配筋率对加固后梁的承载力和变形能力均有较大影响,但对承载力影响最明显。同时对外贴FRP加固后混凝土梁的斜截面承载力进行理论分析,通过与已有的理论计算公式相比较,理论计算结果与试验结果符合较好。     

已腐蚀钢筋混凝土梁的疲劳特性

为了预测在役混凝土梁的剩余寿命及选择合适的加固方法,在总结近年来国内外有关腐蚀混凝土梁疲劳特性研究成果的基础上,分析了影响腐蚀梁疲劳寿命的主要因素.研究表明,环境越恶劣,混凝土梁疲劳寿命越小;即使钢筋轻微腐蚀,梁的疲劳寿命下降也很明显;采用FRP加固已腐蚀梁是提高其疲劳寿命的有效方法.     

混杂FRP加固腐蚀混凝土柱抗震性能试验

为了研究外贴混杂纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,简称FRP)加固腐蚀混凝土柱的抗震特性,对10根柱进行了低周反复加载试验,其中4根柱为对比柱,3根柱直接采用混杂FRP加固,其余3根柱在腐蚀后采用混杂FRP加固.试验研究了轴压比、配箍率对腐蚀柱抗震性能的影响.结果表明:钢筋腐蚀在一定程度上使混凝土柱的破坏呈明显的脆性;混杂FRP可以有效地改善腐蚀柱的抗震性能,延性和耗能能力提高显著,但承载力提高有限;当腐蚀率为5.1%时,混杂FRP加固腐蚀柱的位移延性系数、累积耗能与腐蚀未加固柱相比,最大可分别提高123%和12.5倍.     

FRP-螺栓联合加固RC梁受剪承载能力试验研究

为了明确FRP-螺栓联合加固技术(hybrid bonded fiber reinforced polymer,HB-FRP)的抗剪加固效果,结合在役钢筋混凝土桥梁的损伤特点,对表面粘贴FRP加固(externally bonded fiber reinforced polymer,EB-FRP)与HB-FRP两种加固技术进行了详细的室内对比试验,对完整和预裂梁的试验结果进行了分析比较,研究了预裂度和不同FRP条带间距对HB-FRP效果的影响。试验结果表明HB-FRP是一种更可靠的桥梁加固技术,螺栓预紧锚固FRP能够很好地抑制FRP在混凝土表面的剥离,提高FRP与混凝土表面之间黏结力,限制FRP滑移,提高了斜截面的抗剪承载能力,为HB-FRP在桥梁加固维修中的应用提供了可靠依据。