CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁短期挠度计算方法

通过静力试验和理论分析,研究CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁在短期荷载作用下的使用性能,探讨短期挠度计算方法。结果表明,CFRP筋体外预应力加固梁的荷载-跨中挠度曲线呈三折线变化;跨中截面混凝土和CFRP筋的平均应变在梁体开裂之前沿截面高度基本呈线性变化,开裂后,CFRP筋的平均应变明显小于梁底混凝土的应变。基于试验结果,计算开裂刚度折减系数和CFRP筋粘结特征系数,考虑二次效应的影响,运用有效惯性矩法建立了CFRP筋体外预应力加固T形截面混凝土梁的短期挠度计算公式,可供实际工程设计 参考。     

体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布试验研究

进行了3根体外预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。试验表明,自加载至受拉区混凝土开裂前,连续梁处于弹性阶段,边支座、中支座反力、跨中截面和中支座截面弯矩的实测值与采用弹性理论计算值接近。受拉区混凝土开裂后至非预应力受拉钢筋屈服,边支座反力及跨中截面弯矩实测值开始向大于弹性理论计算值的方向偏离;而中支座反力及中支座截面弯矩实测值则向小于弹性理论计算值的方向偏离。当梁内受拉非预应力筋屈服后,边支座、中支座反力的实测值以及跨中截面弯矩和中支座截面弯矩实测值与弹性理论计算值的偏差进一步增大,这种偏差在试验梁破坏时达到最大。3根试验梁中支座截面弯矩重分布值分别为12.8%、16.9%及14.6%。试验实测值还与4个不同设计规范的弯矩重分布计算值进行了比较。结果表明:采用美国ACI 318-95规范及中国GB 50010-2010规范计算的中支座截面弯矩重分布值均小于试验实测值;除一根编号为B5的梁外,加拿大A23.3-M84规范的预测值与试验值最为接近;而英国BS8110规范则偏于不安全。实际设计中,可按中国规范公式来计算体外预应力混凝土连续梁的弯矩重分布,但必须合理确定体外预应力筋的极限应力。     

无粘结预应力CFRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

建立无粘结预应力FRP筋张拉锚固体系,对8根以CFRP筋为非预应力筋的无粘结预应力CFRP筋轻骨料混凝土梁与1根普通混凝土对比试件进行两点对称加载,观察其破坏过程与破坏形态,分析了混凝土种类、预应力度和净跨长度对开裂弯矩、弯矩-跨中挠度曲线、裂缝宽度等受弯性能的影响.从等效轴向刚度思想出发,修正了现有的以钢筋为非预应力...     

体外预应力筋的极限应力:既有典型计算方法评述

该文分析和评述了确定体外预应力筋极限应力的三类计算方法,即:粘结折减系数法、基于截面配筋指标的回归方法和基于变形的方法。分析表明,基于变形的方法能够反映体外预应力混凝土梁所具有的构件截面强度与构件整体变形相耦合这一显著特征。在基于变形方法中的两个常用的等效塑性区长度模型中,与构件跨高比和外荷载作用形式相关联的模型过分夸大了荷载作用形式对体外预应力筋极限应力的影响。针对桥梁结构所承受的移动交通荷载,承载能力极限状态下,实际设计中很难判断和选择与荷载作用形式相关联的系数。而与构件失效时关键截面中性轴高度相关联的等效塑性区长度模型中的关键参数在不同试验中则具有较好的稳定性和一致性。该文的研究结果有助于建立简单而正确的体外预应力筋极限预应力计算方法。     

非线性阶段次弯矩及其演化规律试验研究

采用基于割线刚度的等效线性化方法拓展了次弯矩概念,使其能够运用于非线性阶段。进行了4根无粘结预应力混凝土两跨连续梁受力全过程试验。研究结果表明,运用等效线性化方法可以将连续梁非线性阶段的支座反力分解成为预应力等效荷载引起的以及外荷载引起的两个部分,从而分离出次弯矩和外荷载弯矩。非线性阶段,无粘结预应力连续梁的次弯矩随预应力筋拉力的增长而增长。次弯矩折减系数随中支座截面受压区相对高度的增大而增大。承载力极限状态,非线性次弯矩在数值上大于初始次弯矩。     

预应力型钢超高强混凝土梁抗弯性能试验研究

预应力型钢超高强混凝土梁是融合了超高强混凝土材料、钢结构和预应力技术所形成的一种新型组合构件。为了研究预应力型钢超高强混凝土梁的抗弯性能,进行了14根预应力型钢超高强混凝土简支梁在竖向静力荷载作用下的受弯性能试验,分析了试件受力过程、破坏形态、裂缝开展与分布规律等相关试验数据。结果表明:超高强混凝土脆性破坏显著,导致预应力型钢超高强混凝土梁极限状态后承载力骤降,但内置型钢有效提高了试验梁极限状态后的持载能力;预应力型钢超高强混凝土梁以普通受拉纵筋屈服作为试验梁进入屈服阶段的标志,以受压区混凝土崩裂作为试验梁达到极限状态的标志;荷载达到0.9t up之前,试验梁跨中控制截面基本符合平截面假定。在不考虑型钢与混凝土粘结滑移的基础上,采用ANSYS有限元程序对预应力型钢超高强混凝土梁进行数值模拟计算,试验梁开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载的计算值与试验值吻合较好,验证了有限元模型的正确性。     

CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能试验研究

通过10片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁采用CFRP板抗剪加固的试验研究和非线性有限元分析,研究不同损伤程度、剪跨比、配箍率及预应力水平等因素对CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能的影响。结果表明:采用CFRP板对RC&PPC梁进行抗剪加固能够有效抑制斜裂缝的开展,提高加固梁斜截面抗剪承载能力,并改善梁的延性;RC梁损伤后加固,随着配箍率的增大以及剪跨比的减小,将提高加固RC梁的斜向开裂荷载、箍筋屈服荷载以及抗剪极限承载能力;随着预应力水平的提高,PPC加固梁的极限承载力增大,CFRP板抗剪加固效果比较显著;非线性有限元模型能够预测CFRP加固RC/PPC梁的抗剪性能,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在进行CFRP板抗剪加固设计时,应对CFRP板的强度进行有效折减。     

无粘结部分预应力砼受弯构件极限强度试验研究

通过１２块单向板和１１根简支梁的试验，分析无粘结部分预应力砼受弯构件的预应力筋极限应力和极限抗弯强度。试验结果表明，当非预应力有粘结钢筋受拉区截面积的配筋率大于０．４％时，配筋指标和跨高比是影响预应力筋极限应力和极限抗弯强度的主要因素，提出了预应力筋极限应力经验公式，并对无粘结部分预应力砼受弯构件进行了全过程分析，理论分析和试验结果符合良好。     

HRB500/HRB600钢筋作纵筋的混凝土连续梁弯矩调幅试验研究

HRB500钢筋、HRB600钢筋已分别纳入《钢筋混凝土结构设计规范》（GB 50010－2010）和《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》（GB/T 1499.2－2018）。为考察HRB500钢筋、HRB600钢筋作纵筋的混凝土连续梁弯矩调幅性能,完成了24根两跨连续梁试验。试验结果表明,由于HRB500和HRB600钢筋的屈服强度明显高于HPB235和HRB335钢筋,试验梁中支座控制截面的弯矩调幅不只发生在塑性铰形成之后,在受拉区混凝土进入塑性、经历开裂和裂缝发展直至中支座控制截面受拉纵筋屈服这一较长的塑性发展过程中也存在一定的弯矩调幅。分塑性铰形成前后两阶段对试验梁中支座控制截面弯矩调幅进行考察,第一阶段弯矩调幅幅度β_I介于15.28%~24.21%,第二阶段弯矩调幅幅度β_Ⅱ介于6.91%~30.30%。发现随着受拉纵筋屈服强度的提高,β_I增大、β_Ⅱ减小;随着相对受压区高度的增大,β_I和β_Ⅱ均减小;随着中支座宽度的增大,β_I和β_Ⅱ均增大。基于试验数据建立考虑各关键参数影响的两阶段弯矩调幅系数计算公式。     

HRB500/HRB600钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅试验研究

为研究HRB500钢筋和HRB600钢筋作纵筋的混凝土框架梁端弯矩调幅规律,完成了12榀单层两跨混凝土框架静力加载试验。试验结果表明:由于受拉纵筋屈服强度提高,一方面梁端塑性铰出现推迟,塑性铰形成前会发生一定的弯矩调幅;另一方面锚固于节点内的梁端受拉纵筋应变渗透引起较大的梁端附加转角,加大了弯矩调幅能力。将试验框架梁端弯矩调幅分塑性铰形成前后两阶段进行考察,第一阶段弯矩调幅幅度为10.35%~33.42%,第二阶段弯矩调幅幅度为3.39%~30.5%。基于试验结果,建立了与梁端控制截面相对受压区高度呈幂函数减小趋势、与受拉纵筋屈服强度和受拉纵筋屈服时刻应变渗透引起的梁端附加转角呈线性增长趋势的第一阶段弯矩调幅系数计算公式;建立了与总塑性转角（塑性铰区范围内的塑性转角与应变渗透引起的梁端附加塑性转角之和）呈幂函数增长趋势、与受拉纵筋屈服强度呈线性减小趋势的第二阶段弯矩调幅系数计算公式。     

粘结层和预应力对CFRP板加固损伤钢梁抗弯性能的影响

为了对比粘结层和预应力对碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)板加固损伤钢梁抗弯性能的影响,进行了5根H型损伤钢梁的抗弯试验,分析了特征荷载、荷载-挠度曲线、CFRP板应变及其强度利用率的变化。试验结果表明:有粘结和无粘结CFRP板具有相近的加固效果,特征荷载差值小于2%;非预应力CFRP板在正常使用阶段的加固效果很小,而预应力CFRP板加固钢梁的特征荷载比非预应力CFRP板提高了近30%。平截面假定适用于有粘结CFRP板-钢梁复合截面,而不适用于无粘结CFRP板-钢梁复合截面。相比于非预应力CFRP板,对CFRP板施加预应力可以显著提高CFRP板的强度利用率。建立的有限元模型可以较好地预测试件的抗弯性能,增加CFRP板的预应力、厚度和弹性模量可以提高损伤钢梁的抗弯加固效果。      

预应力FRP加固工程结构技术研究进展

围绕国内外预应力FRP加固技术的研究现状以及最新进展,从预应力FRP加固混凝土结构、预应力FRP加固钢结构、预应力FRP加固中关键技术的研究等方面进行了综述。试验研究表明：预应力FRP加固混凝土能显著提高构件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,改善受弯构件在长期荷载的力学性能,提高构件的疲劳寿命;预应力CFRP加固钢梁后,其屈服荷载和极限荷载相对于对比梁都有明显的提高,其提高的程度随着预应力CFRP的用量和预应力水平的提高而增大;预应力CFRP加固对钢梁的刚度提高作用也比较明显,对低强度的钢材,提高效果更明显;采用预应力FRP加固工程结构的关键问题在于预应力的施加体系、预应力控制值、预应力损失和端部的锚固。     

非预应力筋对无粘结预应力混凝土梁性能影响分析

为跟踪无粘结预应力混凝土梁的全过程响应,建立了一种基于法平面弧长算法的有限元模型。该算法能较好地处理梁加载过程的响应变化,可穿越梁破坏前可能出现的极值点问题。设计了7根含有不同非预应力筋配筋率的无粘结预应力混凝土梁,利用提出的数值模型对这些梁进行非线性全过程分析。分析结果表明,没有配置受拉区非预应力筋的无粘结预应力混凝土梁的弯曲性能非常不理想,在梁内配置少量的受拉区非预应力筋,能极大改善梁的性能;随着非预应力筋配筋率的提高,无粘结部分预应力混凝土梁的开裂刚度和极限承载能力有显著提高,而后弹性挠度以及无粘结预应力筋极限应力则明显降低。     

Simulating RC beams with unbonded FRP and steel prestressing tendons

A partial interaction based analysis to simulate the behaviour of RC beams with prestressed unbonded tendons is proposed. Unlike bonded reinforcement, the strain developed in unbonded reinforcing tendons under bending is uniform along the length of the member and is thus member dependant. Conventional analysis techniques incorporate correction factors and empirical components in defining the strain developed in both the unbonded and bonded reinforcement. Being semi-empirical, the post-cracking analysis cannot directly simulate the effects of tension-stiffening on the untensioned bonded reinforcement. Accordingly, this paper presents a segmental moment–rotation approach for simulating the behaviour of RC beams with unbonded prestressed reinforcement, such that the mechanics of the approach removes the reliance on empiricisms in defining the reinforcement and unbonded tendon behaviour. Validated against experimental results, the approach is shown to accommodate concrete creep, shrinkage and reinforcement relaxation, thus enabling prestressing losses to be quantified.     

Flexural response predictions of reinforced concrete beams strengthened with prestressed CFRP plates

Existing experimental studies showed that the reinforced concrete (RC) beams strengthened with prestressed carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) plates had three possible flexural failure modes (including the compression failure, tension failure and debonding failure) according to the CFRP reinforcement ratio. Theoretical formulas based on the compatibility of strains and equilibrium of forces were presented to predict the nominal flexural strength of strengthened beams under the three failure modes, respectively, and a limitation on the tensile strain level developed in the prestressed CFRP plate was proposed as the debonding failure occurred. In addition, the calculation methods for cracking moment, crack width and deflection of strengthened beams were provided with taking into account the contribution of prestressed CFRP plates. Experimental studies on five RC beams strengthened with prestressed CFRP plates and a nonlinear finite element parametric analysis were carried out to verify the proposed theoretical formulas. The available test results conducted by other researchers were also compared with the predicted values.     

Experimental and analytical investigation of reinforced high strength concrete continuous beams strengthened with fiber reinforced polymer

Carbon and glass fiber reinforced polymer (CFRP and GFRP) are two materials suitable for strengthening the reinforced concrete (RC) beams. Although many in situ RC beams are of continuous constructions, there has been very limited research on the behavior of such beams with externally applied FRP laminate. In addition, most design guidelines were developed for simply supported beams with external FRP laminates. This paper presents an experimental program conducted to study the flexural behavior and redistribution in moment of reinforced high strength concrete (RHSC) continuous beams strengthened with CFRP and GFRP sheets. Test results showed that with increasing the number of CFRP sheet layers, the ultimate strength increases, while the ductility, moment redistribution, and ultimate strain of CFRP sheet decrease. Also, by using the GFRP sheet in strengthening the continuous beam reduced loss in ductility and moment redistribution but it did not significantly increase ultimate strength of beam. The moment enhancement ratio of the strengthened continuous beams was significantly higher than the ultimate load enhancement ratio in the same beam. An analytical model for moment–curvature and load capacity are developed and used for the tested continuous beams in current and other similar studies. The stress–strain curves of concrete, steel and FRP were considered as integrity model. Stress–strain model of concrete is extended from Oztekin et al.’s model by modifying the ultimate strain. Also, new parameters of equivalent stress block are obtained for flexural calculation of RHSC beams. Good agreement between experiment and prediction values is achieved.     

不锈钢和CFRP混合配筋预应力混凝土梁的延性和变形性能

由于FRP(fiber-reinforcedpolymer/Plastics)材料直到拉断还表现出线弹性的力学性能,使得采用FRP配筋的混凝土结构延性较差,且已成为这类结构应用中人们所关注的一个主要问题。研究了不锈钢和CFRP(Carbonfiber-reinforcedpolymer/Plastics)混合配筋部分粘结、部分预应力混凝土梁的延性和变形特性。分析时假定这类梁的截面在加载过程中具有3折线的弯矩-曲率关系,而在卸载过程中截面的弯矩-曲率关系假定为线性,据此提出了这类梁受力全过程的非线性分析方法,并以试验结果验证了其适用性。基于能量耗散的观点引入了反映这类梁延性特性的延性指标,并利用所提分析方法对这类梁的延性进行了参数分析。分析结果表明:增加混凝土极限压应变和预应力束的无粘结部分长度可以有效地增加这类梁的变形性能,但对延性的增加却很有限,而且这两个参数对梁延性和变形性能的影响程度还强烈依赖于梁的破坏形态。