体外CFRP筋加固混凝土梁抗弯性能试验

目的 研究体外CFRP筋加固钢筋混凝土简支梁的抗弯性能,探讨体外预应力CFRP筋加固混凝土梁抗弯承载力的计算方法.方法 通过对13根体外CFRP筋加固试验梁的静载试验,分析加固梁的破坏形态、裂缝开展、挠度、混凝土应变、体内受拉钢筋和体外CFRP筋应变的变化情况,对比分析各种因素对加固梁极限荷载的影响.结果 加载过程中,跨中截面混凝土的平均应变沿梁高基本呈直线分布;当体外CFRP筋弯折角度大于10°时,对梁体抗弯性能不利;随着混凝土强度的提高,加固梁抗弯承载力的提高不明显.对于体内受拉钢筋配筋率较大的梁,采用体外预应力CFRP筋加固效果并不明显.结论 体外CFRP筋加固钢筋混凝土梁梁体的平均应变仍符合平截面假定,在实际加固工程中应该考虑带载水平的影响,对于忽略二次效应后的体外预应力CFRP筋加固体系,抗弯承载能力可进行简化计算,简化计算结果与实测结果吻合较好.     

预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的试验研究

为揭示预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁结构的受力机理和加固效果,对预应力碳纤维加固的混凝土梁进行了试验研究,提出了简易的预应力施加方法.研究了不同初始张拉值情况下加固梁的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载的变化,以及承载过程中加固梁体裂缝的发展情况和破坏形式,论证了预应力碳纤维加固法优势和可行性.结果表明：预应力碳纤维加固法,对增加钢筋混凝土梁的抗弯刚度、改善加固结构的抗弯性能和构件的延性方面的影响较大,为预应力碳纤维加固混凝土梁领域提供了依据.     

预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳试验

对带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳性能做了初步研究.通过4根混凝土梁的疲劳试验,对比了带永久锚具的预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁与非预应力芳纶纤维布加固的混凝土梁的疲劳破坏形态、疲劳寿命、挠度和应变发展等力学性能,分析了芳纶纤维布的预应力水平对试件疲劳性能的影响.试验结果表明,预应力芳纶纤维布加固的试验梁与非预应力芳纶纤维布加固的基准梁相比,其疲劳寿命提高了33%~74%;加固梁的疲劳破坏源于受拉纵筋的疲劳破坏,纤维布的疲劳性能优于钢筋的疲劳性能.在试验研究基础上,建立了预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的疲劳寿命计算公式.     

预应力芳纶纤维布加固腐蚀混凝土梁疲劳性能

对带永久锚具的预应力芳纶纤维(AFRP)布加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能进行了试验与研究.通过疲劳试验,探讨了预应力水平和钢筋锈蚀程度(中度6%、重度12%)对加固梁疲劳破坏机制、疲劳寿命、挠度和应变发展等疲劳特性的影响.试验结果表明:预应力AFRP布与非预应力AFRP布加固梁的疲劳破坏机制相同,都为钢筋的疲劳断裂;预应力AFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗疲劳特性明显优于非预应力AFRP布加固梁,且AFRP布预应力水平越高,加固梁的疲劳寿命越高;锈蚀率越高,梁的疲劳寿命越低,重度锈蚀梁的疲劳性能的降低幅度比中度锈蚀梁更明显;钢筋锈蚀率的增加会导致钢筋的等效疲劳切口系数增大,从而导致锈蚀梁疲劳寿命的显著降低.     

碳纤维布加固损伤混凝土梁的抗剪疲劳试验

对钢筋混凝土受剪梁疲劳损伤后进行了粘贴U型碳纤维布加固钢筋混凝土损伤梁的疲劳试验。试验结果表明：钢筋混凝土梁粘贴U型碳纤维布后箍筋应变减小了20％～40％，斜裂缝宽度减小了34％～39％，且碳纤维布用量越大效果越明显。因此，粘贴碳纤维布可以较大提高损伤混凝土梁的抗剪疲劳性能，延长损伤混凝土结构的使用寿命。     

锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能

对8根模拟锈蚀钢筋混凝土梁进行了高周疲劳试验,研究和探讨了模拟锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能。结果表明,交变荷载作用下试件的斜裂纹出现并迅速发展成主裂缝;模拟锈蚀钢筋混凝土梁多在端部发生剪切疲劳破坏;试件的挠度发展、裂缝分布与破坏形态密切相关;随循环次数增加,锈蚀主筋的最大、最小应力不断增长,应力幅值基本不变;混凝土的最大、最小压应变快速增长,应变幅值平稳增长;试件的疲劳寿命具有较大的离散型;同等条件下,锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命往往比锈蚀钢筋的轴向拉伸疲劳寿命长。     

疲劳荷载作用下梁内不同类型钢筋破坏关系

为了研究在疲劳荷载作用下,梁内钢筋的应力变化情况,通过12片后张有粘结部分预应力混凝土梁的疲劳试验,研究了与疲劳破坏密切相关的钢筋最大应力、应力幅的变化规律．结果表明:在梁的使用阶段,预应力钢筋与非预应力钢筋的应力幅比值处于等比例变化,非预应力钢筋应力幅是影响部分预应力混凝土梁疲劳性能的关键因素．随着重复荷载次数的增加,钢筋与混凝土之间粘结性能的退化和有效预应力的不断降低是两种不同类型钢筋破坏并不同步的两个重要原因．最后,在试验分析的基础上,提出了开裂截面处消压后预应力钢筋应力增量的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好．     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究

为研究碳纤维加固方式对梁性能的影响,通过对比未加固的钢筋混凝土梁,设计了开裂与未开裂两种不同状态的钢筋混凝土梁采用碳纤维布加固后的受弯试验.在初始状态钢筋未屈服的情况下,无论加固前梁是否开梁,梁的主要破坏特征均为碳纤维布在跨中断裂;在保证粘贴良好的情况下,两种加固梁的屈服荷载、极限荷载均得到相同程度的提高;梁底粘贴碳纤维布可以有效限制裂缝的发展和延伸,因而加固后的梁的延性及刚度均得到改善;钢筋屈服后,荷载主要由碳纤维布承担,但其强度只能发挥60%左右.     

预应力RPC-NC叠合梁弯曲疲劳性能试验分析

为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁的弯曲疲劳性能,以中国铁路32 m跨度T型梁为原型,设计并制作了4根完全相同的缩尺模型RPC-NC叠合梁,其中1根梁进行静载试验另外3根梁进行等幅疲劳试验.对试验梁在不同疲劳加载循环下的正截面应变分布、受压区NC应变变化、裂缝发展、疲劳挠度及刚度发展的变化规律进行了分析,并将疲劳加载后未发生疲劳破坏的叠合梁、未经历疲劳加载的叠合梁以及相同结构尺寸和配筋情况下的普通混凝土梁的静力弯曲性能进行对比.结果表明:和普通混凝土适筋梁相同,RPC-NC叠合梁的疲劳破坏由非预应力纵筋疲劳断裂引起;在疲劳荷载作用下,截面应变沿截面高度始终近似呈线性分布,RPC-NC叠合梁正截面变形符合平截面假定;疲劳加载结束后,未发生破坏的RPC-NC叠合梁和疲劳加载前相比延性有所下降,但仍大于未经历疲劳加载的普通混凝土梁.根据试验结果,拟合得到试验梁与疲劳加载循环次数有关的刚度退化公式,可为RPC-NC叠合梁的设计提供一定的参考.     

体外预应力混凝土简支梁的极限强度分析

在分析体外预应力钢筋与混凝土主梁变形的基础上,通过截面内力平衡方程和变形协调关系,对体外预应力混凝土梁进行了从加载到破坏的全过程分析,得到了极限状态下体外筋的极限应力和混凝土梁的极限抗弯强度。利用本文介绍的计算方法,可以考虑不同的荷载开式（包括对称荷载和不对称荷载）,不同的截面形式及不同的普通钢筋用量等因素对主梁极限状态的影响,并能得到中间过程及破坏阶段混凝土、普通钢筋、预应力钢筋的应变和应力。通过本文理论得到的计算结果得到了试验的验证。     

碳纤维布加固混凝土叠合梁正截面承载力有限元分析

对碳纤维布加固叠合梁抗弯承载力进行有限元分析,给出了相同荷载作用下普通钢筋混凝土梁、碳纤维布加固钢筋混凝土梁、钢筋混凝土叠合梁以及碳纤维布加固混凝土叠合梁相应的数值解,并对数值结果进行分析.计算结果表明,碳纤维布加固混凝土叠合梁不仅能提高梁的强度,而且还增大梁的刚度,对于适筋破坏梁起到较好的加固效果.     

体外预应力加固大跨度混凝土梁的试验研究

大跨度钢筋混凝土梁加固技术作为一门学科正在迅速发展,提出了许多切实可行的加固方法。以天津某加固改造工程为背景,通过对12根简支梁及6榀框架梁进行体外预应力加固试验,分析加固后梁体的承载能力及使用性能,提出了适合本工程的正截面抗弯承载力计算公式及力筋极限应力增量计算公式。结果表明混凝土梁采用体外预应力加固时,可以显著减小梁体跨中挠度及裂缝宽度;承载力极限状态下,可以显著提高梁体抗弯极限承载力;采用适量预应力筋,加固后梁体的破坏形态仍为适筋梁延性破坏等结论。     

S304不锈钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

为解决恶劣环境下传统钢筋混凝土构件易锈蚀的问题,提出采用S304不锈钢筋替代普通碳素钢筋,提高混凝土构件耐久性.分别对2根HRB400钢筋混凝土梁试件和2根S304不锈钢筋混凝土梁试件进行正截面抗弯试验,探讨其开裂荷载、极限荷载和挠度变形的计算方法.研究表明,S304不锈钢筋屈服强度、抗拉强度低于HRB400钢筋,断后伸长率高于普通钢筋;与传统钢筋混凝土梁相比,S304不锈钢筋混凝土梁具有更高的变形能力,但两者开裂荷载和极限荷载较为接近.采用现行混凝土规范方法确定S304不锈钢筋混凝土梁的极限荷载及挠度变形时偏保守,而开裂荷载则吻合较好.     

钢纤维全轻混凝土叠浇梁斜截面受剪疲劳性能的试验研究

为了充分发挥钢纤维全轻混凝土对钢筋混凝土结构的基本性能、抗冻融能力等的增强作用,通过在一定高度的钢纤维全轻混凝土上浇筑普通混凝土的方法研发了一种新型钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁。在承受疲劳荷载作用的情况下,需要明晰钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁的疲劳性能及其设计方法。为此,进行了钢纤维全轻混凝土截面高度和钢纤维掺量变化的10根钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁的斜截面受剪疲劳性能试验,研究了不同疲劳破坏特征受疲劳荷载上限值和剪跨段斜裂缝初始宽度的影响机理。结果表明:疲劳荷载上限值控制了斜裂缝初始宽度和箍筋的初始应力幅,并对疲劳寿命产生了显著影响。随着疲劳荷载上限值的增大,斜裂缝宽度发展迅速,叠浇梁因箍筋脆性断裂而发生疲劳破坏;疲劳过程中超载导致斜裂缝宽度和箍筋应力幅的突然增大,是造成疲劳破坏的主要原因之一。考虑受拉区钢纤维全轻混凝土的增强作用,提出了叠浇梁斜裂缝宽度计算公式和疲劳次数验算公式。     

外贴碳纤维布材加固预应力混凝土梁桥效率研究

采用外贴碳纤维布材加固预应力混凝土梁桥时,由于碳纤维的应变很小,设计容许应变值只有0．01,这限制了预应力钢筋的应变,预应力筋的高强度由于应变的限制而不能发挥,降低了加固效率。通过计算分析发现相对受压区高度对降低加固效率影响最大,预应力筋消压水平影响次之。在综合分析的基础上提出：因超载车辆引起变形裂缝的梁桥,采用外贴碳纤维布材加固方法效果最好。     

碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件正截面疲劳理论与低温疲劳性能试验

为了探索低温条件下碳纤维加固钢筋混凝土构件的疲劳性能,寻找疲劳破坏规律,展开了受弯构件正截面疲劳理论的推导研究。利用两根试验梁在－３０～－２０℃下进行疲劳加载试验,得出加固梁挠度、刚度、裂缝及疲劳强度的变化规律,对比研究了其在低温与室温下的疲劳性能。试验结果表明：低温疲劳荷载下,碳纤维布通过限制裂缝发展提高了混凝土梁的抗疲劳变形能力;加固梁的挠度明显小于室温疲劳荷载下的挠度,裂缝分布规律较好,裂缝宽度较小;碳纤维加固梁正截面疲劳承载力符合要求,具有一定的安全储备;现有的碳纤维加固梁跨中疲劳变形计算公式并不适用于低温情况。     

无粘结预应力CFRP筋混凝土梁抗弯试验

为了研究无粘结预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）筋锚具的锚固性能和无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的受力性能,进行了4根无粘结预应力CFRP筋混凝土梁和2根对比混凝土粱的抗弯试验。结果表明：研发的预应力CFRP筋锚具具有很好的可靠性,无粘结预应力CFRP筋混凝土梁具有较好的受力性能和延性,非预应力钢筋是影响预应力CFRP筋混凝土梁延性和极限荷载最重要的因素;推导的简化公式可以准确地计算无粘结预应力CFRP筋混凝土梁的极限荷载。     

锈蚀疲劳后混凝土中钢筋力学性能试验

为研究锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的力学性能退化规律,对锈蚀钢筋混凝土梁疲劳破坏后取出的梁内主筋进行轴向拉伸试验,结合试验得到的锈蚀疲劳钢筋的应力-应变曲线,定量化地提出了锈蚀疲劳后混凝土中钢筋的本构关系模型,并对模型计算值与试验实测值进行对比验证.试验结果表明,未锈蚀钢筋在疲劳循环200万次后表现出与原状钢筋相同较好的延性破坏特征,疲劳作用对未锈蚀钢筋的力学性能没有实质影响;锈蚀疲劳后钢筋的应力-应变曲线发生了显著变化:屈服台阶特征改变、延伸率减小、屈服强度降低,变化幅度的大小与锈蚀疲劳程度有关,软钢不同程度地硬化;疲劳裂纹的出现使得钢筋在极低的延伸率下即突然拉断破坏,强度大幅降低,延性几乎完全丧失.     

预应力碳纤维布加固混凝土梁的试验研究

采用自行研制的碳纤维布预应力张拉机具,对10根混凝土梁受力性能进行了试验研究。对比分析了未加固、非预应力碳纤维布加固、预应力碳纤维布加固、施加不同的预应力水平、不同的附加锚固方式梁的开裂荷载、极限荷载、抗弯刚度等受力性能。试验结果表明:粘贴预应力碳纤维布加固可使梁的承载能力有一定程度提高,可大大提高梁的开裂荷载、抗弯刚度,减小梁的挠度和裂缝宽度,能充分发挥碳纤维布高强度特性;在相同预应力水平下,合适的附加锚固方式,可有效防止碳纤维的剥离破坏,进一步提高梁的承载力;所研制的预应力碳纤维布加固技术可用于实际工程。     

锈后无黏结钢筋混凝土梁的模拟疲劳试验与分析

根据6根模拟试验梁的疲劳试验结果,分析了钢筋严重锈蚀、黏结力基本丧失后钢筋混凝土梁的破坏形态、刚度及疲劳寿命退化.指出局部无黏结梁中钢筋的疲劳断裂位置都处有无黏结的分界面上;试验梁的刚度随跨中完全无黏结区段长度的增加而减小,荷载水平越高刚度退化越明显;试验梁中钢筋的应力范围是影响梁疲劳寿命的最主要因素;锈后钢筋混凝土梁疲劳寿命的降低主要是由钢筋的截面积减小和疲劳强度退化引起的,与黏结退化的关系不大,仅梁中钢筋最大应力的增大与黏结退化有关,且荷载水平越高黏结退化的影响越大;建议分析锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳寿命时认为黏结退化对的梁的疲劳寿命无显著影响.