薄壁U形钢板加固受火后钢筋混凝土梁受力性能研究

采用外套薄壁U形钢板、内灌无收缩灌浆料加固受火后钢筋混凝土梁,该加固技术能有效避免灌浆材料脱落,具有长效的加固功能。为验证该加固方法的有效性,进行了14根混凝土梁的静载试验,研究了U形钢板厚度和受火时间对加固RC梁受弯性能的影响,以及U形钢板厚度和剪跨比对加固RC梁受剪性能的影响。借鉴常温下组合梁承载力的计算方法,给出了薄壁U形钢板加固受火后RC梁受弯和受剪承载力的计算公式。结果表明：受火1.0、1.5h后混凝土梁的受弯承载力分别降低了9.4%、10.4%,剪跨比为1.74、2.58的混凝土梁受火1.5h后受剪承载力分别降低了19.5%、10.6%。薄壁U形钢板加固受火后RC梁的受弯、受剪承载力相比未受火RC梁分别提高了127.4%~151.7%、21.3%~56.7%。在薄壁U形钢板内侧和上翼缘焊接角钢形成的内隔环能保证薄壁U形钢板和混凝土共同工作,加固后试件可作为完全剪切连接的组合梁。加固试件发生受弯破坏时内隔环承受的纵向剪力较大,而发生受剪破坏时内隔环承受的纵向剪力较小。     

高温下砼的强度和变形性能试验研究

本文主要介绍砼高温力学性能试验的设备配置、量测技术和试验炉(20°～900°C)的研制,以及对不同强度等级和粗骨料种类的四种砼进行的五项高温性能试验结果。后者包括高温时的抗压强度、升降温后的残余抗压强度、持续高温下的抗压强度、高温时的抗拉强度,以及高温时的受压应力-应变全曲线等。试件总数为213个。通过试验分析了高温下砼性能的变化规律和机理,并给出了建议的各项计算公式。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的弯曲性能

对采用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的弯曲性能进行研究。考察了配筋率ρ对加固梁弯曲强度的影响。对12个混凝土梁试件(截面尺寸为宽150mm,高200mm,长2000mm)进行了试验。梁截面具有三种不同的纵向钢筋配筋率,9个试件在受弯区域采用碳纤维布加固,另外3个试件作为对比试件。不同试件中,碳纤维布的宽度、长度和层数是变化的。与对比试件相比,加固梁的弯曲强度和刚度增加了。从研究结果可得出,与最大配筋率的梁相比,ACI440·2R-02的设计指南和加拿大的I-SIS高估了碳纤维布在小配筋率梁的弯曲强度方面的增加作用。随着梁的配筋率ρ的增长,试验荷载与按照ACI440·2R-02指南和加拿大ISIS计算荷载的比值是增长的。因此,由两个设计指南提出的方程更适合于高配筋率的梁,接近最大配筋率ρmax的梁试件的破坏具有足够的延性。     

The composite effect of steel fibres and stirrups on the shear behaviour of beams using self-consolidating concrete

Based on the investigation of the influence of steel fibre on the workability of fresh self-consolidating concrete (SCC), this paper presents the experimental results carried out on a series of simply supported SCC rectangular beams, using steel fiber reinforcement with and without stirrups, and subjected to four-point symmetrically placed vertical loads. The major test variables are the steel fibre content and stirrup ratios. The current study on the shear strength of conventional reinforced concrete (RC) beams verifies the shear strength of SCC beams with steel fibres. The investigation indicates that the shear strength significantly increases by increasing the fibre content; the addition of steel fibres in an adequate percentage can change the failure mode from a brittle shear collapse into a ductile flexural mechanism. The stirrups can be partially replaced by steel fibres. The combination of steel fibres and stirrups demonstrates a positive composite effect on the mechanical behaviour. The shear strength recorded experimentally is compared with the value obtained from the proposed formula, and the correlation is satisfactory.     

Influence of steel fibres on strength and ductility of normal and lightweight high strength concrete

This paper presents the results of a series of experiments conducted to investigate the effectiveness of fibre inclusion in the improvement of mechanical performance of concrete with regard to concrete type and specimen size. Lightweight aggregate concrete and limestone aggregate concrete with and without steel fibres were used in the study. The compressive strength of the concrete mixes varied between 90 and 115 MPa and the fibre content was 1% by volume. Splitting tests on prisms and three-point bending test on notched beams were carried out on specimens of varying sizes to examine the size effect on splitting strength, flexural strength and toughness.

The experimental findings indicate that the low volume of fibre has little effect on compressive strength but improve remarkably splitting tensile strength, flexural strength and toughness. The increase in splitting tensile strength, flexural strength and toughness index for lightweight concrete seems much higher than that of normal aggregate concrete.

The size effect on prism splitting tensile strength is not significant beyond a critical (transition) size. There are apparent size effects on flexural strength and toughness index. As the specimen size increases, splitting and flexural strengths appear to decrease, and fracture behaviour tends to be more brittle.     

FFRP加固钢筋混凝土梁的受弯性能

为研究亚麻纤维增强塑料（FFRP）加固钢筋混凝土梁的受弯性能,在4种自然纤维布和3种厚度FFRP试件拉伸试验研究的基础上,以FFRP层数为参数对3根试验梁进行了四点受弯加载试验,并对试验梁的破坏形态、荷载 挠度曲线和极限承载力进行探讨;依据FFRP加固钢筋混凝土梁的最常见破坏模式,对相应破坏模式下的抗弯承载力计算公式进行了推导。结果表明:300 g·m^-2雨露麻亚麻布制作成的FFRP拉伸性能稳定;FFRP加固梁的极限承载力和延性与普通钢筋混凝土梁相比都有不同程度的提高;抗弯承载力公式计算值与试验值吻合良好且偏于安全,可为该种加固梁的设计提供依据。     

有粘结预应力FRP筋混凝土梁正截面受弯承载力计算方法

国内外已有试验研究表明,有粘结预应力FRP筋混凝土梁的破坏模式包括界限破坏、受压破坏与受拉破坏三种。在我国现行规范中尚无关于预应力FRP筋混凝土梁的设计规定,在ACI440.4R-04规范中虽有相关的规定,但其针对的是截面受拉区仅配置预应力FRP筋的混凝土梁。对截面受拉区同时配置预应力FRP筋和非预应力钢筋、预应力FRP筋和非预应力FRP筋这两种混合配筋形式下的有粘结预应力FRP筋混凝土梁的正截面抗弯承载力计算方法进行了研究。基于受弯截面的极限状态分析,分别提出了三种破坏模式下正截面抗弯承载力的计算公式。为了验证公式,进行了6根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的单调静力试验以及基于ANSYS软件的非线性有限元参数分析。应用建议公式对课题组及国外完成的48根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验结果和6根梁的参数分析结果进行了计算与对比,计算值与试验结果和参数分析结果吻合较好。     

逐层回弹法检测火灾后混凝土强度

介绍了火灾后混凝土结构的各类检测方法。提出了逐层回弹法检测火灾后混凝土强度的方法。进行了逐层回弹法检测火灾后混凝土强度的试验，对试验数据进行数学回归分析，得出了逐层回弹法测强曲线。研究结果对回弹法应用于火灾后混凝土强度的检测有实际意义。     

自密实混凝土力学性能的试验研究

自密实混凝土自20世纪80年代在日本发明和应用以来，其应用领域逐渐扩展至世界许多国家。自密实混凝土也逐渐向着高强、轻质的方向发展。本文依据全计算法自行设计了一套CAO自密实混凝土的配比方案。随后通过试验测量了新拌混凝土的坍落度和坍落流动度以及不同龄期下该混凝土的抗压强度、劈裂强度、抗折强度和弹性模量。对这些基本力学参数进行了分析比较，并导出抗压强度和劈裂强度、抗压强度和抗折强度的近似线性关系武。而且还对自密实混凝土与同配比振捣成型混凝土的抗压强度进行比较。结果表明由于后者在振捣过程中出现离析现象，得到的抗压强度值低干前者。     

部分预制装配型钢混凝土梁受弯性能试验研究

为充分发挥型钢混凝土在受力性能及预制装配结构在施工等方面的优势,提出两种部分预制型钢混凝土梁。通过7个T形截面梁试件的弯曲静力试验,对部分预制装配型钢混凝土梁（PPSRC）、部分预制装配型钢混凝土空心梁（HPSRC）及全现浇型钢混凝土梁（SRC）的受弯破坏形态和承载能力进行对比分析,研究了预制装配、梁截面空心和现浇混凝土强度对PPSRC梁和HPSRC梁受弯性能的影响。研究结果表明：HPSRC梁和PPSRC梁具有相似的受弯承载力与破坏形态,预制装配与截面空心对两种梁的受力性能影响较小;随着现浇混凝土强度的提高,HPSRC梁和PPSRC梁的受弯承载力均有所提高;对两种部分预制装配型钢混凝土梁进行截面受弯承载力分析,其计算结果与试验结果吻合较好。     

钢板-超高性能混凝土梁有限元分析研究

为了研究钢板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,在钢板-UHPC-T组合梁方案下,以钢板厚度、钢板强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变为参数,利用ABAQUS软件进行了有限元分析。结果表明:钢板厚度和钢板强度等级的改变对组合梁抗弯承载力的提高作用较为明显;UHPC抗拉强度的提高可以适当提高开裂荷载;UHPC极限拉应变的增加可适当提高梁体的延性。     

Behaviour of headed stud shear connectors for composite steel-concrete beams at elevated temperatures

The behaviour of composite steel-concrete beams at elevated temperatures is an important problem. A three-dimensional push test model is developed herein with a two-dimensional temperature distribution field based on the finite element method (FEM) and which may be applied to steel-concrete composite beams. The motivation for this paper is to increase the awareness of the structural engineering community to the concepts behind composite steel-concrete structural design for fire exposure. The behaviour of reinforced concrete slabs under fire conditions strongly depends on the interaction of the slabs with the surrounding elements which include the structural steel beam, steel reinforcing and shear connectors. This study was carried out to consider the effects of elevated temperatures on the behaviour of composite steel-concrete beams for both solid and profiled steel sheeting slabs. This investigation considers the load-slip relationship and ultimate load behaviour for push tests with a three-dimensional non-linear finite element program ABAQUS. As a result of elevated temperatures, the material properties change with temperature. The studies were compared with experimental tests under both ambient and elevated temperatures. Furthermore, for the elevated temperature study, the models were loaded progressively up to the ultimate load to illustrate the capability of the structure to withstand load during a fire. It is concluded that finite element analysis showed that the shear connector strength under fire exposure was very sensitive. It is also shown that profiled steel sheeting slabs exhibit greater fire resistance when compared with that of a solid slab as a function of their ambient temperature strength.     

Fire behaviour of high strength self-consolidating concrete filled steel tubular stub columns

This paper reports an investigation into the behaviour of high strength SCC (self-consolidating concrete) filled steel tubular stub columns exposed to standard fire. A series of tests were carried out to obtain the temperature distribution, axial deformation, limiting temperature of steel and fire endurance of the SCC filled steel tubular stub columns. In addition, a finite element analysis (FEA) model was proposed and used to simulate the fire behaviour of the columns. In the FEA modeling, a sensitivity study was conducted to determine the concrete fracture energy and the contact property of the steel and concrete interface. The verified FEA model was used to analyse the structural behaviour of the columns under fire exposure, such as strain, stress, the load sharing between the steel tube and concrete and local buckling of the steel tube, to gain an insight into the failure mechanism of the columns.     

SMA路面老化低温力学性能研究

通过老化沥青马蹄脂碎石混合料(SMA-13)的三点弯曲试验,研究了低温对老化SMA-13结构的弯拉强度,弯拉应变及弯曲劲度模量的影响规律。试验结果表明:加载速率相同条件下,-30℃的试件破坏的弯拉强度和弯拉应变小于-10℃的试件的弯拉强度。在加载速率和温度条件相同时,未老化试件破坏的弯拉强度和弯拉应变大于老化后的试件。老化时间越长,高低温度之间的弯拉应变差别越大。在低温条件下,小梁试件的弯拉应变与老化之间有较好的指数变化规律。同时,SMA-13沥青混合料的弯曲劲度模量与老化之间也呈现良好的指数关系。通过对小梁试件破坏前的弯曲应变能的计算,可得知在短期老化附近,SMA-13沥青混合料具有最大的弯曲应变能。     

复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能研究

通过复式薄壁方钢管混凝土构件受弯性能的试验研究,分析了内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土对薄壁方钢管混凝土构件纯弯段受弯性能的影响。试验表明：内置圆形截面空钢管和钢管高强混凝土可有效提高构件的受弯承载力,内置钢管高强混凝土的提高效果更显著;薄壁方钢管混凝土的受弯承载力和抗弯刚度明显较对比空钢管的高;试验过程中未出现钢管角部破坏的情况。对复式薄壁方钢管混凝土纯弯构件受力性能进行有限元分析,分析结果和试验结果吻合较好,外管的约束作用有效提高了夹层混凝土转角处混凝土的抗压强度。有限元参数分析结果表明,构件的受弯承载力和抗弯刚度随着夹层混凝土强度和径宽比的增大而增大,但随着径厚比的增大而减小;同时构件的受弯承载力随着钢管强度的增大而增大。建议了复式实心薄壁方钢管混凝土构件和复式空心薄壁方钢管混凝土构件受弯承载力的简化计算模型,其计算结果精度较高。     

仿钢丝聚丙烯长纤维对钢纤维混凝土力学性能影响

按照国际标准对新型仿钢丝聚丙烯合成长纤维增强高性能混凝土的工作度、含气量、强度及弯曲韧性进行了试验研究。其中对该纤维混凝土的弯曲韧性按照国际材料与结构联合会(RILEM)标准进行了研究,同时还对比了钢纤维混凝土及新型聚丙烯长纤维与钢纤维混杂时纤维混凝土的韧性,得出了不同纤维混凝土的能量吸收值和等效抗弯强度,探讨了新型聚丙烯长纤维部分取代钢纤维的可能性。试验表明,该纤维具有很好的增韧效果,可以部分取代钢纤维来达到增韧增强和降低成本的目的。     

核芯区混凝土强度低于柱的框架节点受力性能试验研究

针对核芯区混凝土强度低于柱混凝土强度的框架节点进行了试验研究。通过五个试件在较高轴压比下的低周反复加载试验和弹性有限元分析,研究了此类节点的破坏形态、受力性能,探讨核芯区混凝土强度低于柱的混凝土强度的可行性。提出了核芯区混凝土强度比柱的混凝土强度低时的设计建议。     

冻融损伤混凝土力学性能衰减规律

为研究冻融作用对混凝土力学性能的影响,采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后,测其动弹性模量、抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度.以动弹性模量为损伤变量,分析了冻融损伤与抗折、抗压强度之间的关系,采用回归分析的方法建立了抗折强度衰减方程.结果表明,混凝土抗压、抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量均随冻融循环作用次数的增加而逐步降低;抗折、劈裂抗拉强度以及动弹性模量的衰减速率随冻融循环作用次数的增加而不断增大,但抗压强度的衰减速率则是先增大后减小;在冻融循环次数相同的情况下,含气量越高、水灰比越低,混凝土的强度损失越小,其力学性能损失的大小顺序依次为:抗折强度和劈裂抗拉强度、动弹性模量、抗压强度;冻融损伤与抗折强度的相关性较好,但与抗压强度的相关性较差,当冻融损伤小于40%时,混凝土的抗压强度一般不低于其初始强度的70%.     

自燃煤矸石骨料取代率对钢筋混凝土梁受弯性能的影响

采用大宗工业固废——自燃煤矸石破碎得到的骨料配制煤矸石混凝土,可一定程度上缓解工程建设对天然砂石的需求。为研究自燃煤矸石粗、细骨料掺量对钢筋混凝土梁受弯性能的影响,设计了3组(每组3个)混凝土抗压强度相同的受弯钢筋混凝土梁试件,包括单掺100%煤矸石细骨料,双掺100%煤矸石粗、细骨料以及钢筋普通混凝土对比试件,通过静力试验得到试件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等;基于前期试验结果提出自燃煤矸石混凝土的材料性能预测公式,采用ABAQUS软件建立钢筋煤矸石混凝土梁受弯构件有限元模型,利用现有试验数据验证有限元模型的可靠性,并通过足尺模型参数分析进一步量化煤矸石粗、细骨料取代率对钢筋混凝土梁受弯性能的影响。结果表明：采用自燃煤矸石骨料对钢筋混凝土梁受弯承载力的影响较小,相比普通混凝土梁,单掺100%自燃煤矸石细骨料时,开裂弯矩与极限弯矩分别提高5.44%和2.00%,双掺100%煤矸石粗、细骨料时,开裂弯矩与极限弯矩分别降低3.91%和5.91%;自燃煤矸石骨料的掺入对正常使用阶段的抗弯刚度影响明显,采用单掺100%自燃煤矸石细骨料及双掺100%煤矸石骨料时构件抗弯刚度分别降低4.1%和28.1%。煤矸石粗、细骨料对钢筋煤矸石混凝土梁受弯性能的影响是耦合的,与钢筋普通混凝土梁相比,采用单掺50%粗骨料取代率、单掺100%细骨料取代率或者双掺50%粗、细骨料取代率时,钢筋煤矸石混凝土梁的受弯性能指标降低幅度均在10%以内。     

耐碱玻璃纤维编织网混凝土梁抗弯性能研究

提出了采用耐碱GFRP编织网替代传统钢筋在混凝土梁中作为受力骨架的新型结构形式。为研究该类型结构的力学性能,设计了3根试件,对其进行三分点加载,观察其受力全过程及破坏特征,分析其破坏模式。在试验研究的基础上,采用ABAQUS有限元软件进行了混凝土强度参数对其力学性能影响的参数分析。试验及数值模拟结果表明:配筋率对耐碱GFRP混凝土梁的受弯性能影响较大;随着混凝土强度的提升,梁的承载力虽有所提升,但挠度降低。