预应力铝合金筋嵌入式补强钢筋混凝土梁裂缝分析与计算

完成了7根预应力7075铝合金筋嵌入式补强混凝土梁试件的四点弯曲静载试验,应用非接触式数字图像相关法对混凝土加固梁的裂缝形成、分布、裂缝宽度和间距进行分析,研究了铝合金加固量、预应力以及预应力水平对嵌入式补强混凝土梁试件破坏模式和裂缝特性的影响。试验研究表明:铝合金筋嵌入式补强法可以显著提高混凝土梁的承载能力,施加预应力进一步增强加固梁的强度并延缓混凝土开裂和钢筋屈服;端部锚固有效避免了加固梁试件发生剥离破坏,提高高强铝合金强度利用率;施加预应力、增大加固量和提高预应力水平,均可以有效控制裂缝扩展,减小裂缝宽度和间距;根据中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010?2010)对嵌入式非预应力/预应力铝合金筋补强混凝土梁的裂缝宽度和分布进行了计算,理论计算值与试验结果吻合良好,结果表明:中国混凝土结构设计规范给出的正常使用状态下最大裂缝宽度计算方法能够较好地考虑预应力、加固筋数量以及预应力水平对最大裂缝宽度的影响,适用于嵌入式补强钢筋混凝土受弯构件的裂缝计算与分析。     

劲性钢筋混凝土（SRC）和钢筋混凝土统一的梁裂缝宽度计算

通过分析１１根劲性钢筋混凝土（ＳＲＣ）梁的试验资料，提出了劲性钢筋混凝土梁裂缝宽度计算公式。当梁内不配置型钢时，建议的计算公式可退化为“混凝土结构设计规范（ＧＢＪ１０－８９）”所给出的钢筋混凝土梁裂缝宽度计算公式，从而形成了劲性钢筋混凝土和钢筋混凝土相统一的梁裂缝宽度计算体系。建议的计算公式概念明确，计算值与试验值符合较好。     

钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝宽度试验研究

通过9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁的四点弯曲试验,分析了钢纤维体积率、配筋率对钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝形态、裂缝宽度以及裂缝间距等参数的影响。结果表明：在自密实混凝土梁中掺加钢纤维可有效限制裂缝的扩展,掺入体积率为0.38%和0.64%的钢纤维,可使自密实混凝土梁在正常使用阶段的最大裂缝宽度减小31%~56%,平均裂缝间距减小15%~28%,纵筋应变减小40%~56%。考虑钢纤维在试验梁开裂截面的分布以及应力传递机理,结合试验数据提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式,并与MC 2010、RILEM TC-162 TDF及CECS 38：2004的公式进行了对比。计算结果表明：该文建议公式计算的最大裂缝宽度与试验值吻合较好,可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的分析与验算。     

高延性混凝土加固钢筋混凝土梁受剪性能试验研究及承载力计算

为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土梁的受剪性能,该文对7根HDC加固梁及4根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、配箍率、加固层厚度和加固层附加箍筋对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及裂缝的影响。结果表明:采用HDC面层对钢筋混凝土梁进行受剪加固,可以显著提高梁的受剪承载力;HDC面层可以代替部分箍筋的受剪作用,改善钢筋混凝土梁的剪切破坏形态;加固试件在达到极限位移之后,试件的完整性较好,剩余承载力较高。基于试验结果,利用桁架-拱模型,提出了HDC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

两跨连续GFRP-混凝土空心组合板受力性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)加固钢筋混凝土梁的受剪性能,该文对7根HDC加固梁及4根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、配箍率、加固层厚度和加固层附加箍筋对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及裂缝的影响。结果表明：采用HDC面层对钢筋混凝土梁进行受剪加固,可以显著提高梁的受剪承载力;HDC面层可以代替部分箍筋的受剪作用,改善钢筋混凝土梁的剪切破坏形态;加固试件在达到极限位移之后,试件的完整性较好,剩余承载力较高。基于试验结果,利用桁架-拱模型,提出了HDC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

钢筋高延性混凝土梁裂缝试验研究与计算方法

为探究钢筋高延性混凝土(RHDC)梁裂缝开展机理,共设计四根钢筋高延性混凝土梁和一根普通钢筋混凝土(RC)梁,通过四点弯曲试验研究高延性混凝土极限拉应变和配筋率对构件裂缝宽度、裂缝间距以及裂缝发展高度的影响.研究表明:(1)与RC梁相比,RHDC梁的裂缝数量多且宽度小,加载过程中裂缝发展缓慢;(2)RHDC梁的裂缝宽度和裂缝高度随材料极限拉应变的增大而减小;(3)配筋率对RHDC梁裂缝宽度的影响与对RC梁的影响规律相同,随配筋率增大,RHDC梁裂缝宽度、裂缝高度以及平均裂缝间距均减小.基于试验和相关文献,考虑纤维桥联的贡献,建立RHDC梁的平均裂缝间距和最大裂缝宽度的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.     

GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率试验研究

破坏模式是GFRP/钢绞线复合筋(GFRP:Glass Fiber Reinforced Polymer,纤维增强塑料)混凝土梁力学性能的影响因素之一,而破坏模式主要由GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的配筋率决定。鉴于配筋率对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁力学性能的重要作用,该文设计了16根GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁试件。试验变量为混凝土强度等级和GFRP/钢绞线复合筋的配筋率。通过对混凝土梁试件进行三分点静载试验,系统研究GFRP/钢绞线复合筋配筋率和混凝土强度等级对GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁的破坏形式、抗裂承载力、正截面极限承载力、裂缝间距、裂缝宽度、裂缝深度、挠度等的影响。试验数据可为GFRP/钢绞线复合筋混凝土梁安全配筋率计算方法的确定提供参考和理论依据。     

不对称钢骨混凝土梁裂缝宽度的试验研究

文章在5根不对称钢骨混凝土梁试验研究的基础上，利用现行规范^[1]中对称网骨混凝土梁裂缝宽度的计算公式，提出了不对称钢骨混凝土梁裂缝宽度的计算方法，建立了考虑钢骨表面粘结强度影响的钢骨混凝土梁裂缝宽度计算公式。结果表明，按照本文公式得到的计算值与实测值 吻合良好。     

基于粘结-滑移的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁裂缝宽度计算方法

将纤维增强筋(FRP筋)混凝土梁裂缝的开展过程视作FRP筋由两侧混凝土中拔出的过程,建立了基于粘结-滑移的FRP筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度微分方程。根据规范给出的裂缝宽度限值,合理确定滑移量上限,提出并引入了适用于梁正常使用阶段的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土“低滑移”阶段粘结-滑移本构模型。进而,在明确最大裂缝间距l_max、裂缝宽度放大系数h₂/h₁与裂缝截面纤维混凝土残余应力σ_fib等特征参数的基础上,利用迭代算法建立了FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算模型。基于正常使用阶段裂缝宽度实测数据对建议模型的适用性进行评估,结果表明:裂缝宽度限值0.5 mm内,建议模型能够准确预测FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁的最大裂缝宽度。     

玻璃纤维筋锚具研制及其力学性能试验研究

将纤维增强筋(FRP筋)混凝土梁裂缝的开展过程视作FRP筋由两侧混凝土中拔出的过程,建立了基于粘结-滑移的FRP筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度微分方程。根据规范给出的裂缝宽度限值,合理确定滑移量上限,提出并引入了适用于梁正常使用阶段的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土“低滑移”阶段粘结-滑移本构模型。进而,在明确最大裂缝间距l_max、裂缝宽度放大系数h₂/h₁与裂缝截面纤维混凝土残余应力σ_fib等特征参数的基础上,利用迭代算法建立了FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算模型。基于正常使用阶段裂缝宽度实测数据对建议模型的适用性进行评估,结果表明：裂缝宽度限值0.5 mm内,建议模型能够准确预测FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁的最大裂缝宽度。     

高延性混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

剪跨比对FRP抗剪加固梁的裂缝开展和破坏模式有重要影响,但对FRP加固梁抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少。采用三维细观数值模拟方法,考虑混凝土细观组成的非均质性及碳纤维布(CFRP)与混凝土之间的相互作用,建立了CFRP加固无腹筋钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型。在验证细观模拟方法合理性的基础上,拓展模拟与分析了剪跨比对CFRP加固钢筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响机制与规律。研究结果表明：剪跨比对CFRP抗剪加固梁剪切破坏模式影响较大,剪跨比越大,加固梁愈趋近于延性较好的斜拉破坏;剪跨比对CFRP加固梁抗剪承载力有较大影响,对抗剪强度尺寸效应影响较小;剪跨比对加固梁中的CFRP剪切贡献影响较大,剪跨比越大,CFRP对加固梁的抗剪效果越好,其中对中型剪跨比(λ=2.5)的梁加固效果最有效。     

Experimental Investigations of Fracture Process Using DIC in Plain and Reinforced Concrete Beams under Bending

The fracture behaviour of concrete and reinforced concrete beams under quasi‐static three‐point bending was comprehensively investigated with experiments at laboratory scale. The eight various concrete mixes were tested. The influence of the shape, volume and size of aggregate particles and reinforcement on concrete fracture under bending was studied. Displacements on the surface of concrete beams were measured by means of the digital image correlation (DIC) technique. Attention was paid to the formation of a localized zone and its characteristics. In order to avoid the effect of the search patch size and the cut‐off value at displacement and strain profiles, a consistent method was proposed to determine uniformly and accurately the width of a localized zone. Measured surface displacements from DIC were fitted by the error function ERF, whereas surface strains calculated from displacements were fitted by the usual normal distribution (Gauss) function. The width of a localized zone preceding a macro‐crack grew strongly with increasing maximum aggregate size and slightly with diminishing aggregate volume. It did not depend on the aggregate roughness and reinforcement presence.     

剪跨比对CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响研究

剪跨比对FRP抗剪加固梁的裂缝开展和破坏模式有重要影响,但对FRP加固梁抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少.采用三维细观数值模拟方法,考虑混凝土细观组成的非均质性及碳纤维布(CFRP)与混凝土之间的相互作用,建立了CFRP加固无腹筋钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型.在验证细观模拟方法合理性的基础上,拓展模拟与分析了剪跨比...     

CFRP筋增强ECC梁弯曲性能试验研究

为研究碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)筋/超高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered cementitious composite,ECC)梁的抗弯性能,对3根CFRP筋/ECC梁、1根玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)筋/梁和1根CFRP筋混凝土梁进行了四点弯曲试验,分析了配筋率、纤维增强树脂复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)筋类型和基体类型对梁抗弯性能的影响。试验结果表明:CFRP筋/ECC梁与GFRP筋/ECC梁和CFRP筋混凝土梁类似,均经历了弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段;配筋率对CFRP筋/ECC梁的受弯性能影响较大。随着配筋率的增加,CFRP筋/ECC梁的承载能力不断提高,延性性能逐渐减弱;ECC材料优异的应变硬化能力和受压延性,使得CFRP筋/ECC梁的极限承载能力和变形能力均优于CFRP筋混凝土梁;由于ECC材料多裂缝开裂能力,CFRP筋/ECC梁开裂后,纵筋表面应变分布比CFRP筋混凝土梁更均匀; 由于聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)纤维的桥联作用,CFRP筋/ECC梁破坏时,其表面出现了大量的细密裂缝,且能保持较好的完整性和自复位能力;正常使用阶段,CFRP筋/ECC梁的最大弯曲裂缝宽度均小于CFRP筋混凝土梁。最后,根据试验结果,建立了基于等效应力图的CFRP筋/ECC梁弯曲承载力简化计算模型,确定模型中的相关系数。由简化模型计算的极限承载力与试验结果具有较好的相关性。      

高强钢绞线网--聚合物砂浆加固混凝土及预应力混凝土梁的抗弯性能试验研究

该文侧重研究了采用高强钢绞线网--聚合物砂浆加固技术三面加固普通钢筋混凝土(RC)梁和预应力混凝土(PRC)梁的抗弯性能.进行了6 片RC 梁及5 片PRC 梁的抗弯静载试验,探讨了不同初始损伤程度、有效预应力大小和加载方式等对高强钢绞线网--渗透性聚合物砂浆加固梁的抗弯性能影响.结果表明：采用高强钢绞线网--聚合物砂浆加固技术加固RC/PRC梁能够有效抑制裂缝的开展,能有效地提高RC/PRC 加固梁的抗弯承载能力和抗弯刚度;重复加载会导致加固梁刚度一定程度的退化,初始损伤程度大小不会显著改变加固后RC/PRC梁的抗弯承载力;该文研究对于大量既有RC/PRC梁的抗弯加固具有一定的参考价值.     

钢筋混凝土梁静态破裂试验与应变分析

为研究钢筋混凝土构件的静态破裂规律,采用预留钻孔和内部预埋应变砖的方法,进行了钢筋混凝土梁的静态破裂试验。通过内置12个应变砖测得的钢筋混凝土梁内部应变以及梁破裂面的裂缝宽度变化,分析了钢筋混凝土梁在静态破裂过程中的应变变化和破坏形态。试验结果表明:孔内膨胀应力作用下,裂缝优先由孔周边向最小抵抗线方向的自由面扩展;同一排药孔位置的应变大小以及变化趋势大致相同;逐排灌孔的静态破碎方式能够顺利破裂钢筋混凝土构件,构件呈梅花状破裂。研究结果为静态破裂技术在钢筋混凝土工程中的应用提供了试验参考依据。     

唐代殿堂型木构架摇摆柱力学模型研究

为了探究内嵌钢筋外包碳纤维(CFRP)布复合加固圆形木柱的抗震性能,并提出加固木柱的抗侧性能计算方法,以内嵌钢筋数量和CFRP布加固量为变量,开展了5根复合加固木柱的低周往复荷载试验。试验结果表明：复合加固方法能够延缓木柱损伤破坏的进程,加固木柱均表现为试件底部受拉侧木材纤维的断裂,脆性破坏特征显著。复合加固木柱的承载和变形能力提升明显,随着CFRP布加固量的增加,试件的峰值荷载和延性均呈上升趋势,内嵌钢筋的布设位置会影响木柱的抗侧承载力。钢筋和CFRP布的应变-位移滞回曲线与木材的相应曲线分布形态相近,加固材料可以与木材协调变形、共同工作,进而提升木柱的滞回性能。采用条带法对试件截面进行受力分析,通过理论计算与试验数据的对比,验证了截面内力计算方法的可靠性。基于材料力学基本理论,提出了复合加固木柱抗侧性能计算方法,理论计算与试验结果对应良好。