基于细观模型的含腹筋混凝土梁受剪承载力尺寸效应

考虑混凝土细观非均质性及钢筋与混凝土之间相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值分析模型。以悬臂梁为例,在数值模拟结果与已有试验结果吻合良好的基础上,扩展模拟了腹筋率、剪跨比及加载方式对大尺寸钢筋混凝土梁(最大梁深为2 000mm)剪切破坏尺寸效应的影响规律。模拟结果表明:无腹筋梁抗剪名义强度尺寸效应显著,中国《混凝土结构设计》规范提出的截面高度影响系数难以全面的反映梁剪切破坏的尺寸效应现象;腹筋会抑制梁抗剪强度的尺寸效应,随着腹筋率的增加,梁的抗剪强度尺寸效应逐渐减弱;随着剪跨比的增加,梁的抗剪承载力有所减弱,同时,尺寸效应现象也略有减弱;相比于单调加载,循环加载下梁将产生低周疲劳脆性破坏,使得梁抗剪强度尺寸效应更加明显。     

考虑箍筋与CFRP布相互作用的CFRP布加固RC梁受剪承载力细观研究

为揭示CFRP布加固RC梁剪切破坏机理，采用同时考虑混凝土材料细观非均质性、钢筋与混凝土相互作用、CFRP布与混凝土相互作用的数值模拟方法，建立CFRP布加固RC梁三维细观数值分析模型。分析了箍筋、CFRP布及其相互作用对梁剪切破坏的影响，建立了CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式。研究表明：梁受剪承载力随配箍率(0%、0.2%、0.5%、0.8%)和配纤率(0%、0.066 8%、0.133 6%、0.267 2%)增大均有不同程度提高，但提高幅度随配箍率和配纤率增加而减小；箍筋应变和CFRP布应变均与主斜裂缝位置紧密相关，越靠近主斜裂缝位置的应变越大，且峰值应变随配箍率和配纤率增加而减小，当配纤率由0.066 8%增至0.267 2%时，CFRP布应变降低了45.9%,当配箍率由0.2%增至0.8%时，CFRP布应变减小了30.6%;箍筋和CFRP布之间存在不利相互作用，其对梁的剪切贡献不能简单叠加；建立的考虑配箍率、配纤率及其相互作用影响的CFRP布加固RC梁截面名义抗剪强度修正计算式计算值与试验值的误差小于20%,较为准确合理，可用于预测CFRP布加固RC梁的受剪承载...     

考虑配箍率影响的RC梁-柱节点抗剪强度尺寸效应律

由于经典的混凝土尺寸效应律难以准确描述破坏机制更为复杂的RC构件破坏的尺寸效应行为,且无法定量描述相关参数对RC构件尺寸效应的影响。为此,以核心区剪切破坏的RC梁-柱节点为研究对象,在已有试验研究的基础上,采用三维细观尺度数值模拟方法,对影响节点剪切破坏性能的配箍率进行分析,研究其对RC梁-柱节点核心区剪切破坏行为及抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明：箍筋一方面提高了梁-柱节点的名义抗剪强度,另一方面增强了节点的变形能力,减弱节点剪切破坏的脆性破坏程度,进而削弱节点抗剪强度的尺寸效应。结合配箍率的影响机制与规律,在无腹筋梁抗剪强度尺寸效应律的基础上,提出了能够定量考虑配箍率影响的用于梁-柱节点的尺寸效应半经验-半理论公式,模拟及试验结果证实了公式的合理性与准确性。     

高强混凝土无腹筋梁不同破坏形态受剪性能试验研究

为研究不同剪切破坏形态高强混凝土无腹筋梁的受剪性能,以剪跨比和截面有效高度为主要参数,开展了9根混凝土强度等级为C90的高强混凝土无腹筋梁试件在集中荷载作用下的受剪性能试验,分析了试件的剪切破坏形态、剪切性能状态以及对应的名义剪切强度。根据试验现象和试件受力特点,发现斜拉破坏试件以主斜裂缝的出现为主要破坏标志,剪压和斜压破坏试件以受压区混凝土的压碎为主要破坏标志。对名义剪切强度的分析表明：名义剪切开裂强度受剪跨比和截面有效高度的共同影响,而名义剪切破坏强度则主要受剪跨比影响;名义剪切开裂强度和名义剪切破坏强度可分别采用混凝土的抗拉强度和抗压强度进行表征。通过对国内外相关规范中的受剪承载力计算公式进行适用性分析,建议在确定高强混凝土无腹筋梁的受剪承载力时应以剪切开裂作为控制状态,同时应考虑构件尺寸效应的影响以提高计算的准确性。     

BFRP筋及钢筋混凝土深梁剪切破坏尺寸效应对比分析

为探究BFRP筋和钢筋混凝土深梁剪切性能及尺寸效应之间的异同,借助三维细观数值方法,进行BFRP筋及钢筋混凝土深梁静态剪切破坏数值试验。结合现有试验,在验证该模拟方法合理性和准确性的基础上,分析截面高度、剪跨比和配筋类型(BFRP筋和钢筋)对深梁剪切破坏行为及相应尺寸效应规律的影响。另外,将模拟结果与各国规范及Jin等提出的尺寸效应律进行对比分析。研究表明：① BFRP筋混凝土深梁的剪切尺寸效应比钢筋混凝土深梁的更明显,即BFRP筋混凝土深梁的抗剪承载力及延性随梁尺寸增加的下降程度比钢筋混凝土深梁的更多;② 剪跨比对梁剪切强度有显著的影响,但其对梁剪切尺寸效应基本没有影响;③ 对于大尺寸梁的抗剪承载力,各国规范的计算结果安全储备不足,且各国关于FRP筋梁的规范缺少对剪跨比影响的考虑;④ Jin 等所提的尺寸效应律同样适用于BFRP筋和钢筋混凝土深梁。     

预应力CFRP筋混凝土梁受剪性能试验研究

FRP筋是一种新型预应力筋材,具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳等优点,但是其横向剪切强度相对较低,这会影响预应力FRP筋混凝土梁的受剪承载力。通过27根混凝土梁的受剪试验,研究了预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态,以及各种参数对其受剪承载力的影响,并与钢绞线预应力混凝土梁的受剪试验结果进行了比较。研究结果表明：预应力CFRP筋混凝土梁的剪切破坏形态有两种：斜压破坏和剪压破坏;剪跨比和配箍率是影响预应力CFRP筋混凝土梁受剪承载力的主要因素;有粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受剪承载力比无粘结预应力CFRP筋混凝土梁要大15%左右;通过引入反映预应力筋种类和粘结条件的2个参数,提出了预应力FRP筋混凝土梁的简化受剪承载力计算式,计算结果与试验数据吻合较好。     

混锚预应力U形碳纤维条带抗剪加固混凝土梁试验研究

研发钢筋混凝土梁抗剪加固用U形纤维增强复材（FRP）条带的预应力系统,提出一种预应力U形条带端锚与黏贴并用（简称混锚）的抗剪加固方法。完成了1根未加固、7根采用U形碳纤维（CFRP）条带进行抗剪加固的矩形截面梁剪切试验,加固梁中1根为纯黏贴、6根为混锚预应力。结果表明：混锚预应力加固在抑制主斜裂缝开展、延缓箍筋屈服和提高箍筋塑性利用率等方面的表现均优于纯黏贴加固,能够防止FRP端部剥离并实现拉断破坏,大幅度提高纤维强度利用率,显著提高梁的抗剪承载力,最大提升率达92%。预应力和配纤率的大小对抗剪加固效果有较明显影响,其他条件相同时,预应力越大或配纤率越高,加固梁综合性能越好。建议了混锚预应力U形CFRP有效应变的计算公式,用于预测剪切破坏时CFRP的贡献和加固梁的承载能力,与试验结果符合良好,可供工程应用参考。     

再生混凝土无腹筋梁抗剪性能尺寸效应试验研究

开展了系列尺寸再生混凝土无腹筋梁抗剪性能试验研究,考察了在梁的剪跨比保持不变的条件下,梁的开裂荷载、剪应变、剪切裂缝强度、极限承载力和抗剪强度等参数随梁的尺寸改变而变化的规律,比较全面的研究了再生混凝土梁抗剪性能方面的尺寸效应规律。试验结果表明:再生混凝土无腹筋梁的剪切裂缝强度、最大剪应力和抗剪强度均存在着明显的尺寸效应。     

混凝土梁侧嵌贴CFRP-PCPs复合筋抗剪加固性能的试验研究

针对混凝土结构容易发生脆性剪切破坏这一特点,通过对8根CFRP-PCPs复合筋嵌贴加固的钢筋混凝土梁的抗剪试验,主要研究CFRP-PCPs复合筋棱柱体对钢筋混凝土梁的抗剪作用和影响,考查了嵌贴加固间距、嵌贴加固方向、复合筋张拉控制应力以及不同复合筋材质对嵌贴加固效果的影响。试验结果表明,CFRP-PCPs复合筋棱柱体对钢筋混凝土梁的抗剪性能有明显的提高。     

剪力作用下钢筋混凝土大尺寸无腹筋构件安全性研究

结合一钢筋混凝土厚板桥梁的剪切破坏实例,对GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的无腹筋构件受剪计算公式的安全性进行了分析。根据完成的截面高度为500~1 200 mm大尺寸梁的剪切试验结果及收集的其他文献的大尺寸梁和厚板试验数据对规范公式进行了验证,分析了最小配箍率和纵向分布钢筋对构件受剪承载力的影响。结果表明,无腹筋梁存在明显的尺寸效应,规范公式虽然引入了截面高度影响系数,但尚不能充分考虑截面高度对受剪承载力的影响;规范公式对纵筋配筋率较低且截面高度大于1 000 mm的小剪跨比构件(a/h02.0)以及纵筋配筋率小于1.00%和截面高度大于1 000 mm的大剪跨比构件(a/h0≥2.0)计算偏于不安全;规范规定的最小配箍率能够有效避免大尺寸构件发生剪切破坏,而配置纵向分布钢筋则不能有效避免截面高度大于1 000 mm的无腹筋构件的剪切破坏。     

碳纤维增强复合网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究碳纤维增强复合(CFRP)网格和聚合物水泥砂浆(PCM)复合加固工字形截面钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,对3个试件进行抗剪性能试验和有限元模拟,分析了CFRP网格-PCM加固RC梁的抗剪破坏机理,研究了不同加固方式对试件抗剪性能的影响。研究结果表明：采用CFRP网格-PCM对RC梁进行抗剪加固可有效抑制斜裂缝的发展,能够较大幅度提高RC梁的抗剪承载力;相比仅腹部加固的试件,腹部和腋部都加固的试件的二次刚度、极限荷载均有所提高,且CFRP网格变形减小,与混凝土界面的黏结能力增强;在有限元分析中,采用混凝土的CDP模型和Spring2弹簧单元来预测CFRP网格加固混凝土的抗剪承载力是可行的;建立了基于杆状材料有效应变的抗剪计算方法,该方法可有效预测加固RC梁的抗剪承载力,为结构加固设计提供参考。     

预应力碳纤维复合板加固钢筋混凝土梁的抗弯响应预测

现有的试验研究显示,碳纤维复合材料用量不同时,采用预应力碳纤维复合板加固钢筋混凝土梁可能出现3种弯曲破坏模式(包括受压破坏、受拉破坏、剥离破坏)。基于应变和力平衡的协调性,提出理论公式对3种破坏模式下的名义抗弯强度进行预测。当出现剥离破坏时,提出预应力碳纤维复合板中的受拉应变的极限。此外,考虑预应力碳纤维复合板的作用,提出开裂弯矩、裂缝宽度和加强梁的挠度计算方法。对5根采用预应力碳纤维复合板加固的钢筋混凝土梁进行试验,并通过非线性有限元分析验证所提出的理论公式。同时,预测值与其他研究者的试验结果也进行了比较。     

Strengthening of RC T-section beams with low strength concrete using CFRP composites subjected to cyclic load

Various methods are developed for strengthening reinforced concrete beams against shear. Nowadays, external bonding of different composite members to RC beams was very popular and successful technique internationally. This study presents test results on strengthening of shear deficient RC beams by external bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) straps. Six RC beams with a T-section were tested under cyclic loading in the experimental program. Width of the CFRP straps, arrangements of straps along the shear span, and anchorage techniques that were applied at the ends of straps were the main parameters that were investigated during experimental study. Shear deficient beams with low strength concrete were strengthened by using CFRP straps for obtaining ductile flexural behavior. The test results confirmed that all CFRP arrangements improved the strength, stiffness and energy dissipation capacity of the specimens significantly. The failure mode and ductility of specimens were proved to differ according to the CFRP strap width and arrangement along the beam. Experimental results were compared with the analytical approaches that were suggested by ACI-440 Committee Report.     

CFRP网格-聚合物水泥砂浆加固RC梁的#br# 抗剪性能与计算公式

为揭示不同网格单位加固量对碳纤维增强复合网格(carbon fiber reinforced polymer grid,简称CFRP grid) 聚合物水泥砂浆(polymer cement mortar,简称PCM)复合加固钢筋混凝土(reinforced concrete,简称RC)梁抗剪性能的影响,构建CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算方法,文章首先对7根采用CFRP网格 PCM复合加固RC梁进行四点弯曲静力加载试验,并在试验研究的基础上,提出基于横竖双向网格实际抗剪贡献的CFRP网格-PCM加固RC梁的承载力计算公式。研究结果表明：采用CFRP网格-PCM复合加固RC梁能显著提高其抗剪承载力,其中CFRP网格对于抗剪承载力的提高发挥主要作用,而PCM仅起到黏结剂的作用;加固梁的抗剪承载力与CFRP网格单位加固量呈正相关,但CFRP网格的协同变形性与CFRP网格单位加固量呈负相关;所提出的抗剪承载力计算公式与试验结果吻合良好。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短梁受弯试验及承载力计算

通过11根不同跨高比碳纤维（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了跨高比、纵筋配筋率和CFRP布层数对钢筋混凝土梁极限荷载的影响。结果表明：CFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯破坏主要有CFRP布拉断和受压区混凝土压碎两种模式;随跨高比的减小,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著增加;随纵筋配筋率和CFRP布层数的增加,CFRP布加固钢筋混凝土梁极限荷载显著提高。结合文中和已有文献的试验结果,提出了反映跨高比影响的CFRP布加固钢筋混凝土短梁受弯承载力计算方法,该方法既可用于CFRP布加固的钢筋混凝土短梁也可用于浅梁的受弯承载力计算。     

碳纤维布加固高强钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

在12根梁的试验基础上,对碳纤维布加固高强钢筋混凝土梁后的受弯破坏特征及对梁的极限承载力、刚度等的影响进行了研究与分析.试验中考虑了纵筋配筋率、加固量与加固方式、锚固情况、粘结长度四个变化参数.试验结果表明,使用碳纤维布加固的高强混凝土梁抗弯承载力提高较多,加固效果明显.     

Effective methods of using CFRP bars in shear strengthening of concrete girders

This paper presents the results of an experimental study that investigated the shear strength contribution of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) bars attached with concrete beams using a near surface mounted (NSM) technique. In this research, four concrete beams were cast with regular steel reinforcement in flexure. The control beam had typical shear steel and the other three beams were strengthened in shear with CFRP bars. Strain gauges were attached with the shear reinforcement of all four beams at various shear critical locations. Strains during loading to failure of the beams were recorded using a data acquisition system. The performance of the NSM technique was found to be very effective with no occurrence of delamination, debonding or fracture of FRP. Effective strains in the NSM CFRP bars were determined through analyzing the collected strain data. A new formula to calculate the nominal shear strength provided by NSM CFRP bars has also been proposed.     

Strengthening of RC beams in shear using GFRP inclined strips – An experimental study

Though there have been a number of studies on shear strengthening of RC beams using externally bonded fiber reinforced polymer sheets, the behaviour of FRP strengthened beams in shear is not fully understood. This is partly due to various reinforcement configurations of sheets that can be used for shear strengthening and partly due to different failure modes a strengthened beam undergoes at ultimate state. Furthermore, the experimental data bank for shear strengthening of concrete beams using FRP remains relatively sparse due to which the design algorithms for computing the shear contribution of FRP are not yet clear. The objective of this study is to clarify the role of glass fiber reinforced polymer inclined strips epoxy bonded to the beam web for shear strengthening of reinforced concrete beams. Included in the study are effectiveness in terms of width and spacing of inclined GFRP strips, spacing of internal steel stirrups, and longitudinal steel rebar section on shear capacity of the RC beam. The study also aims to understand the shear contribution of concrete, shear strength due to steel bars and steel stirrups and the additional shear capacity due to glass fiber reinforced polymer strips in a RC beam. And also to study the failure modes, shear strengthening effect on ultimate force and load deflection behaviour of RC beams bonded externally with GFRP inclined strips on the shear region of the beam.     

预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T梁试验研究

针对外贴FRP片材抗剪加固钢筋混凝土梁存在材料利用率低、易发生剥离破坏等问题,开发了用于抗剪加固的CFRP片材预应力张拉和锚固系统,给出了相应的施工工艺和方法。为验证提出系统的有效性,进行了预应力CFRP片材抗剪加固钢筋混凝土T型截面梁试验。基于CFRP片材断裂的破坏模式,提出了预应力CFRP片材加固钢筋混凝土梁的抗剪承载力计算公式。结果表明,该文开发的预应力张拉和锚固系统能有效地对CFRP片材施加预应力,减少预应力损失。预应力CFRP片材抗剪加固梁均发生以受压区混凝土压碎为标志的受弯破坏模式,锚固装置能够确保CFRP片材在断裂之前不发生剥离破坏。预应力CFRP片材对混凝土梁斜裂缝的产生和发展有明显的抑制作用,加固后钢筋混凝土梁的抗剪承载力得到大幅提升。计算结果与试验值吻合较好,验证了加固梁抗剪承载力模型的有效性。