锈蚀钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力的研究

基于锈蚀钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量的变化,对锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力进行了研究.钢筋锈蚀量较小时,锈蚀钢筋混凝土梁可运用传统的理论计算梁的抗弯承载力;随着钢筋锈蚀量的增加,钢筋与混凝土间粘结强度发生退化,锈蚀钢筋混凝土梁的力学性能介于粘结完好梁与无粘结梁之间,与传统计算梁的抗弯承载力的方法不同,应考虑梁的各截面间相互作用.基于梁整体的受力平衡和变形协调,建立了考虑梁内粘结强度退化的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力模型.最后通过54根锈蚀钢筋混凝土梁承载力试验结果对文中建立的模型进行了验证分析,结果十分满意.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能研究

基于抗弯性能试验结果的总结与分析,对锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力、破坏形态、破坏机制、锈蚀钢筋与混凝土的粘结滑移等进行了较为系统地研究。在此基础上,建立了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算模型。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力理论分析

钢筋锈蚀是引起钢筋混凝土结构性能退化的主要原因.钢筋锈蚀后,除了其本身有效受力截面面积减小、强度和变形能力降低外,混凝土保护层沿受力钢筋纵向开裂以及钢筋和混凝土间黏结强度降低,最终钢筋混凝土结构耐久性性能和承载能力降低.目前,锈蚀钢筋混凝土抗弯承载力的计算方法大多基于试验结果统计之上的.在研究已有文献基础上,提出了新的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算的理论方法,并用试验结果进行了验证,结果令人满意.最后对钢筋锈蚀引起梁截面界限相对受压区高度的变化进行了分析,结果表明在常用的配筋率0.2%-2%范围内,钢筋混凝土梁中的受拉钢筋在钢筋锈蚀后仍能达到屈服.     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算模型

基于锈蚀钢筋混凝土梁中钢筋与混凝土之间粘结应力退化的现象,结合钢筋锈蚀后材料性能的劣化,对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力进行了研究。依据材料劣化后梁的截面平衡方程,引入粘结影响因子得到新的变形协调条件,将锈蚀后粘结力对抗弯承载力及破坏形式的影响划分为四个锈蚀阶段,建立了锈蚀后钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算模型,并利用该模型对比验证了已有试验梁的试验数据。结果表明,模型计算结果与试验结果吻合较好,说明计算模型有良好的工程实用价值。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法

目前对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的研究主要考虑锈蚀程度的影响,忽视了构件本身参数不同对承载力退化的影响,导致不同学者提出的锈蚀钢筋与混凝土的协同工作系数差异较大。为合理评估既有锈蚀钢筋混凝土梁的剩余承载力,首先对锈后无黏结钢筋混凝土受弯构件进行模拟试验与有限元分析,系统分析严重锈蚀混凝土构件钢筋应力水平的主要影响因素,发现截面配筋指标可综合反映混凝土强度和截面配筋率对受拉钢筋应力水平的影响,并确定基于截面配筋指标的锈后无黏结混凝土梁受拉钢筋强度利用系数;对一般锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的退化机理进行深入分析,综合考虑钢筋锈蚀程度和截面配筋指标的影响,建立一般锈蚀混凝土梁钢筋强度利用系数计算公式;提出概念明确、通用性强的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力计算方法;与大量的试验结果进行对比验证,计算方法的吻合性较好。     

基于粘结强度变化的锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力的研究

基于锈蚀钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量的变化，对锈蚀梁的抗弯承载力进行了研究。钢筋锈蚀量较小时，锈蚀梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量增加而增加，锈蚀梁的力学性能同未锈蚀梁，可运用传统的梁理论计算锈蚀梁的抗弯承载力；随着钢筋锈蚀量的增加，钢筋与混凝土间粘结强度发生退化，锈蚀梁的力学性能介于粘结完好梁与无粘结梁之间，与传统的计算梁的抗弯承载力的方法不同，应考虑梁的各截面间相互作用。基于梁整体的受力平衡和变形协调，建立了考虑梁内粘结强度退化的锈蚀梁抗弯承载力模型。最后，通过54根锈蚀梁承载力试验结果，对文中建立的模型进行了验证分析，结果十分满意。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度评估方法研究

为合理评估锈蚀钢筋混凝土梁的变形能力,对影响锈蚀混凝土梁抗弯刚度退化的因素进行系统分析,明确锈蚀引起粘结力退化使裂缝间受拉钢筋应变趋于均匀和钢筋应变与混凝土应变不协调是影响锈蚀混凝土梁抗弯刚度计算模型建立的关键因素;抛弃传统的平截面假定,采用刚度解析法对粘结力退化后构件截面刚度进行了理论分析,引进综合应变系数考虑裂缝间钢筋应变趋于均匀和应变不协调的影响,建立了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯刚度的计算模型;通过有限元数值分析,确定了综合应变系数与粘结强度退化系数的关系;经试验验证,模型计算结果与试验结果吻合较好。     

坑蚀对钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响

比较了均匀锈蚀和坑蚀对锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响,定义了描述钢筋均匀锈蚀和坑蚀的两种参数。用试验数据比较了两种参数和锈蚀钢筋混凝土梁剩余抗弯承载力的关系,指出仅仅用均匀锈蚀描述锈蚀钢筋混凝土梁的抗弯承载力是不够的,还应考虑坑蚀的影响。研究了不同坑蚀系数下均匀锈蚀率和坑蚀锈蚀率的关系,指出确定钢筋坑蚀量的关键在于确定坑蚀系数的值,对坑蚀系数的选取应当慎重。给出了同时考虑协同工作系数和坑蚀系数的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算公式,公式的计算结果与14根梁的试验结果可以很好吻合,表明所提出的公式可用于既有混凝土梁剩余抗弯承载力的评估。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能数值模拟

采用DIANA有限元软件建立分离式钢筋混凝土梁模型,同时根据已有研究成果建立锈蚀钢筋及钢筋-混凝土界面的性能退化模型,通过试验验证了模型在锈蚀钢筋混凝土梁抗弯性能分析中的实用性.在此基础上,对锈蚀梁的梁拱作用转换和不均匀锈蚀梁的受力性能进行了数值模拟.结果表明:在钢筋端部锚固良好的情况下,剪弯段黏结破坏引起锈蚀梁的受力机制由梁作用向拱作用转换,且最终导致梁在使用荷栽下的抗弯刚度降低34%～44%;纵向不均匀锈蚀梁的抗弯性能评价可简化为全跨均匀锈蚀梁,且计算承载力时宜取不均匀分布锈蚀率的最大值,计算刚度时宜取其平均值.     

局部锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的数值模拟

局部锈蚀钢筋混凝土梁的承载力衰减规律是混凝土结构耐久性研究的基本问题.本文采用有限元方法数值模拟了局部钢筋锈蚀对钢筋混凝土粘结强度的影响,并模拟了锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力的衰减规律,通过引入钢筋锈蚀影响系数,建立了局部锈蚀钢筋混凝土梁结构的抗弯承载力计算方法,与实测结果对比验证了本文所建立计算方法的合理性,可作为实际工程中受腐蚀钢筋混凝土结构承载力定量评判的技术参考.     

圆钢管约束钢筋混凝土短柱抗震性能试验研究

进行了3个剪跨比为1.5的圆钢管约束钢筋混凝土短柱和1个钢筋混凝土对比试件的拟静力试验研究,试验中的主要参数为轴压比(0.35,0.45和0.55)。试验结果表明：钢筋混凝土短柱的破坏模式为剪切破坏,延性和变形能力很差;圆钢管约束钢筋混凝土短柱的破坏模式为弯曲破坏,延性和变形能力优越。外包钢管对核心混凝土的约束作用限制了核心混凝土的受剪开裂,改变了钢筋混凝土短柱的破坏模式,显著提高了钢筋混凝土短柱的受剪承载力、延性、变形能力和耗能性能。随轴压比的提高,圆钢管约束钢筋混凝土短柱的水平承载力提高,延性系数降低,但轴压比对圆钢管约束钢筋混凝土短柱的极限变形能力无明显影响。对钢管的弹塑性应力分析结果表明：水平荷载施加过程中,钢管并未受剪屈服。根据试验结果建立了圆钢管约束钢筋混凝土短柱的荷载-位移恢复力模型,提出了设计建议,可为工程实践提供参考。图10表2参12     

Reduction in flexural strength in rectangular RC beams due to slenderness

This paper presents the results of 15 experimental tests on rectangular slender reinforced concrete (RC) beams. The results reveal limitations in existing theoretical formulations to estimate the failure moment capacity and mode of failure. An improved theoretical formulation is proposed here to predict the critical buckling moment including effects related to nonlinearity and cracking of concrete. Also, following the trends in steel design, an improved measure of slenderness ratio is proposed. Based on a study of 72 test results, it is shown that there is an interaction between flexural tension and instability modes of failure in moderately slender beams. To avoid lateral instability failure, it is suggested that the slenderness ratio be limited to unity. A ‘moment reduction factor’ is also proposed to account for slenderness effects in RC beams.     

钢管约束钢筋混凝土压弯构件滞回性能试验研究与分析

进行了4个圆钢管约束钢筋混凝土(CTRC)和4个方钢管约束钢筋混凝土(STRC)压弯构件滞回性能的试验研究,并进行了两个钢筋混凝土(RC)对比试件的试验研究。试验中的主要参数为轴压比(0.34、0.65和0.80)和混凝土强度等级(C30和C60)。试验结果表明,由于钢管对核心混凝土的有效约束,核心高强混凝土柱的承载力、延性和耗能能力得到了显著提高。随轴压比和混凝土强度的提高,CTRC压弯构件的受弯承载力提高;但轴压比和混凝土强度对试件的延性无明显影响。随轴压比和混凝土强度的提高,STRC压弯构件的受弯承载力提高,但延性下降。相同轴压比条件下,CTRC压弯构件的受弯承载力和延性明显优于STRC构件。根据试验结果,建议了钢管约束钢筋混凝土柱截面受弯承载力的计算方法。建立了钢管约束钢筋混凝土压弯构件的纤维模型数值计算方法,计算中采用随荷载的增加而不断增大钢管对核心混凝土的约束效应的方法,数值计算结果与试验结果吻合良好。     

锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯破坏模式及承载力简化计算方法

为快速准确评估受拉纵筋锈蚀对钢筋混凝土梁正截面受弯承载力的影响,采用解析方法计算受弯破坏时锈蚀钢筋混凝土梁正截面应力和应变分布,识别并定义锈蚀钢筋混凝土梁的3个界限锈蚀率和6种正截面受弯破坏模式,提出预判破坏模式再计算承载力的锈蚀钢筋混凝土梁正截面受弯承载力简化计算方法。采用该简化方法,计算相关文献中235根锈蚀钢筋混凝土梁的正截面受弯承载力,并与试验结果对比,验证该简化方法的准确性。通过两个算例,分别研究初始超筋梁和初始适筋梁的正截面受弯破坏模式及承载力随受拉纵筋锈蚀率的变化规律。研究结果表明：随着受拉纵筋锈蚀率的增大,初始超筋钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式按照从“类似超筋”、“类似适筋”、“类似超筋”到“类似少筋”依次转变;初始适筋钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏模式按照从“类似适筋”、“类似超筋”到“类似少筋”依次转变;钢筋混凝土梁正截面受弯承载力近似呈多段线性降低,最终退化为素混凝土梁的开裂弯矩,转折点位置为界限及临界锈蚀率。     

超高强钢筋ECC梁受弯性能试验及承载力分析

为进一步研究工程用水泥基复合材料(ECC)与超高强钢筋组合成的超高强钢筋ECC梁(UHSRRE梁)的受弯性能,对3根UHSRRE梁、1根普通强度钢筋增强ECC梁(RECC梁)和1根普通强度钢筋增强混凝土梁(RC梁)进行弯曲试验,分析弯曲试验现象、ECC应变、延性性能和特征弯矩,并研究纵筋配筋率对UHSRRE梁承载力的影响。结果表明:UHSRRE梁和RECC梁的控裂能力比RC梁的控裂能力强; 与RECC梁相比,UHSRRE梁并未因采用超高强钢筋而使其控裂能力明显下降; UHSRRE梁截面应变基本符合平均应变的平截面假定,梁受拉区边缘的ECC应变小于ECC单轴受拉极限应变,梁受拉区的ECC始终不退出工作; UHSRRE梁受拉区和受压区边缘ECC应变的最大值、受压区高度和特征弯矩(除开裂弯矩)都随纵筋配筋率增加而变大; 随纵筋配筋率增加,UHSRRE梁的能量延性系数先增后减; 当UHSRRE梁具有适当纵筋配筋率时,其延性性能可优于RECC梁的延性性能。     

Model for cover cracking of RC beams due to partial surface steel corrosion

Cracking of the cover concrete due to steel corrosion is considered by many researchers to indicate the end-of-service life of corrosion-affected reinforced concrete (RC) structures. Numerous models have been developed to predict the time from corrosion initiation to cracking of the cover concrete. In the previous models, concrete with corroding steel bars was assumed to behave like a thick-walled cylinder under uniform internal pressure. Recent research publications have however, shown that steel corrosion is often concentrated on the surface of the steel that faces the direction of ingress of corrosion agents. This paper presents a model that relates the level of partial surface steel corrosion with the transverse and vertical strains measured on the exterior faces of corrosion-affected RC beams. The model assumes that the remaining section of the steel after corrosion is elliptical shaped. Finally, the model is calibrated with experimental data in the literature and it is shown that assuming uniform steel corrosion underestimates the internal pressure applied by the expansive corrosion products.     

免拆超高性能混凝土模板钢筋混凝土梁的受力性能及短期刚度研究

通过4根采用免拆超高性能混凝土(UHPC)模板的钢筋混凝土(RC)梁与2根RC梁的对比试验，研究UHPC模板与后浇混凝土界面的黏结性能、保护层厚度对免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力的影响，结果表明：达到峰值荷载时，经过拉毛处理的预制UHPC模板与后浇混凝土界面未出现滑移；峰值荷载后至受拉钢筋达到其极限拉应变时，预制UHPC模板与后浇混凝土界面出现轻微剥离；保护层厚度为10mm的免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力略高于保护层厚度为20mm的梁；但在峰值荷载后，前者较后者的底部模板与后浇混凝土界面处较早地出现沿界面滑移；综合考虑，建议该类梁的保护层厚度取20mm较为合理。采用有效惯性矩法，基于平截面假定，建立了免拆UHPC模板RC梁的截面开裂弯矩和抗弯刚度计算式，计算值与试验值吻合较好。     

内嵌CFRP板条加固混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过6根足尺混凝土梁的抗弯加固试验,对内嵌CFRP板条加固梁的破坏过程、受力性能、截面应变分布和挠度变形规律进行了研究。试验结果表明,内嵌CFRP板条加固梁跨中截面应变分布和挠度变形规律与外贴CFRP加固梁相似,但内嵌加固能有效避免板条的剥离破坏,其抗弯加固性能优于相应的外贴加固梁;预载加固将会降低内嵌板条的加固效果。基于混凝土结构加固理论,并考虑预加荷载的影响,对内嵌CFRP板条加固梁3种弯曲破坏形态(钢筋屈服前混凝土压碎、钢筋屈服后混凝土压碎和钢筋屈服后FRP拉断)下的抗弯承载力进行理论分析,并建立开裂弯矩、屈服弯矩和极限弯矩的计算公式,其计算结果与作者及国内外已有的试验实测值吻合较好,可用于实际工程加固设计。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过9根预应力碳纤维布加固的钢筋混凝土梁在不同预应力水平和不同配布率下的抗弯性能试验,研究其开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、曲率延性等受力性能。试验结果表明,梁的破坏形态均为碳纤维布拉断;梁的开裂荷载及屈服荷载随碳纤维布的预应力水平或配布率的提高而提高,但屈服荷载的提高幅度明显小于开裂荷载的提高幅度。另外,配布率较低、预应力水平较高的梁的开裂荷载与屈服荷载高于配布率较高而预应力水平较低的梁的开裂荷载与屈服荷载。梁的极限荷载随配布率的提高而提高。在较高配布率情况下,梁的极限承载力随预应力的提高而略有提高。加固梁的曲率延性系数随预应力和配布率的提高而减小。为保证加固梁破坏时具有一定的延性,建议预应力水平最高控制在40%~50%。     

钢筋混凝土U形截面梁扭转性能有限元分析

混凝土U形截面薄壁梁广泛应用于城市轨道交通及高架桥结构中,在双线单侧偏心荷载作用下承受扭矩作用,然而该类开口薄壁结构的受扭性能较差,因此需对其扭转性能进行研究。在4根固接钢筋混凝土U形截面梁纯扭矩作用试验的基础上,采用ABAQUS分析软件对试验梁建立有限元模型,分析其扭矩-扭转角曲线、裂缝的开展规律、钢筋应变特征及破坏模式。结果表明：U形截面梁出现弯曲裂缝和剪切裂缝,最终发生弯曲破坏（受拉区纵筋屈服,受压区混凝土压碎）,由跨中及支座截面的翘曲正应力决定;有限元模型对U形截面梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载进行预测,并与已有试验结果对比,结果吻合良好。该建模分析方法可以可靠预测U形梁的开裂、屈服和极限扭矩,能够为后续钢筋混凝土U形截面梁扭转性能的变参数分析及结构设计提供参考。