体外CFRP筋预应力混凝土箱梁长期受力性能试验研究

碳纤维(CFRP)筋具有优异的物理力学性能,可用于替代传统的预应力钢筋。制作了体外配置碳纤维筋预应力混凝土箱梁模型,对持续均布荷载作用箱梁的截面应力重分布、长期挠曲变形及裂缝发展等规律进行了1001 d的试验观测。基于素混凝土柱体的实测徐变系数,运用双线性法和曲率法分别对试验箱梁的长期挠曲变形进行预测。试验结果表明:受压钢筋应变较初值增长225%～268%,受拉钢筋的应变较初值增长36.2～38.6%,混凝土表面压应变较初值增长164%～224%。按现行设计规范计算长期荷载作用特征裂缝宽度较实测值偏小11.8%～55.5%。跨中长期挠曲变形实测值为初始变形的2.32～2.42倍,较现行设计规范取值偏大18.5%。     

体外CFRP筋预应力混凝土箱梁长期受力性能试验研究

碳纤维（CFRP）筋具有优异的物理力学性能,可用于替代传统的预应力钢筋。制作了体外配置碳纤维筋预应力混凝土箱梁模型,对持续均布荷载作用箱梁的截面应力重分布、长期挠曲变形及裂缝发展等规、律进行了1001d的试验观测。基于素混凝土柱体的实测徐变系数,运用双线性法和曲率法分别对试验箱梁的长期挠曲变形进行预测。试验结果表明：受压钢筋应变较初值增长225％～268％,受拉钢筋的应变较初值增长36．2～38．6％,混凝土表面压应变较初值增长164％～224％。按现行设计规范计算长期荷载作用特征裂缝宽度较实测值偏小11．8％～55．5％。跨中长期挠曲变形实测值为初始变形的2．32～2．42倍,较现行设计规范取值偏大18．5％。     

重复荷载下高速铁路32 m箱梁模型受力全过程试验

采用三分点重复加载,对高速铁路中广泛应用的32 m预应力混凝土简支箱梁进行了多级重复荷载下的模型试验,其测试内容主要包括箱梁的裂缝分布及裂缝宽度、荷载-跨中挠度曲线、混凝土应变和钢筋应变的分布等.结果表明:简支箱梁首先在跨中底板出现裂缝,然后缓慢向腹板扩展;在纯弯段,裂缝间距分布比较均匀;在施加荷载超过开裂荷载不多的情况下卸载,裂缝在预应力筋的作用下能够闭合;加载结束时箱梁已经达到承载力极限状态(破坏)的标志是弯曲挠度达到跨度的1/30,受拉主筋处最大裂缝宽度达到1.8 mm;重复加载下的荷载-跨中挠度曲线的包络线有3个拐点,分别对应于混凝土开裂、钢筋屈服、预应力筋屈服;跨中截面钢筋应变和混凝土应变沿腹板基本符合平截面假定,跨中顶板和底板截面钢筋应变和混凝土应变沿截面横向分布呈现箱梁剪力滞的分布规律.     

钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究

通过轴压和轴拉试验,得到了活性粉末混凝土受压和受拉应力-应变全曲线方程。通过6根钢筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,得到了此类梁在各级荷载作用下纯弯区段受压边缘压应变及应变沿梁高的分布,获得了试验梁的开裂弯矩和极限弯矩,考察了试验梁的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：钢筋活性粉末混凝土试验梁受压边缘极限压应变为5500×10-6,纯弯区段开裂应变为750×10-6,截面抵抗矩塑性影响系数计算应考虑纵向受拉钢筋的有利影响。建立了考虑截面受拉区拉应力贡献的正截面承载力计算公式和反映钢筋活性粉末混凝土梁自身受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法,可供钢筋活性粉末混凝土梁设计时参考。图9表10参11     

两跨连续GFRP-混凝土空心组合板受力性能试验研究

为研究两跨连续GFRP-混凝土空心组合板的受力性能,进行了2个连续组合板试件的静力加载试验。组合板分别采用环氧树脂胶及栓钉与下部工字钢支座进行连接。试验结果表明,试件最终破坏形态均为跨中截面处受压区混凝土压碎后,下部GFRP型材下翼缘断裂或侧壁屈曲破坏。采用环氧树脂胶连接的试件,边支座可以视为简支支座;采用栓钉连接的试件,边支座可以视为固定支座。随着负弯矩区混凝土的开裂及受拉钢筋的屈服,组合板均出现了明显的内力重分布现象。基于截面分析方法和等效刚度,提出了连续组合板受力全过程计算方法。计算结果表明,组合板的支座反力和截面弯矩试验值与理论值吻合较好,提出的方法可以有效地用于组合板的全过程受力分析。     

FRP筋混凝土连续梁力学性能试验研究

由于FRP材料具有高强、轻质、耐腐蚀等优点,在混凝土结构中用FRP筋代替钢筋的方法常在一些工程中采用.过去的研究工作大多集中在FRP筋简支梁上,但实际工程中,多数是连续梁.因此通过5根FRP筋和1根钢筋混凝土连续梁的试验,研究FRP筋混凝土连续梁的受弯性能.以中间支座与跨中截面FRP筋配筋率的比值为试验参数,采用跨中对称单调加载,研究了FRP筋混凝土连续梁的开裂过程、荷载一挠度关系、荷载一弯矩关系、内力重分布特点、极限承载力等.研究结果表明,FRP筋混凝土连续梁截面具有良好的塑性转动能力,内力重分布贯穿于整个带裂缝工作状态,且内力重分布系数基本稳定,其值与跨中与中间支座相对配筋率密切相关.基于试验结果和理论分析,提出了FRP筋混凝土连续梁内力重分布系数、极限荷载等计算方法,计算值与试验结果较为吻合.     

预应力混凝土小箱梁受力特性试验研究

为检验小箱梁设计的合理性,对一根长约30m的预应力混凝土小箱梁进行了单梁足尺试验。试验采用预制混凝土块和部分砝码进行加载,测量了试验梁跨中底面和侧面的混凝土应变及底面部分钢筋的应变。研究结果表明:试验梁的受力变形过程分为弹性变形阶段、开裂过程阶段和完全开裂阶段;通过布置连续应变片可以找出初始开裂的位置,预应力混凝土梁在加载弯矩作用下的开裂是一个过程;在设计承载力作用下,试验梁远未达到破坏,裂缝最大宽度为0.20mm,卸载后裂缝基本闭合。     

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。     

基于模型试验的高强度钢筋混凝土梁斜向开裂研究

通过对配置高强度钢筋的混凝土梁在集中荷载作用下的受剪试验,从构件挠度、斜裂缝宽度及箍筋应变的角度分析其斜向开裂特征规律,研究混凝土强度、剪跨比、配箍率、截面尺寸及截面形状对构件斜向开裂荷载的影响规律,并对斜向开裂荷载的理论计算方法进行探讨。研究结果表明:混凝土强度、剪跨比、截面尺寸是配置高强钢筋混凝土梁斜向开裂荷载的主要影响因素,并由此提出斜向开裂荷载的建议计算公式,为工程应用中斜向开裂荷载计算以及高强钢筋的快速推广使用提供参考依据。     

高强钢筋混凝土连续梁弯矩调幅研究

将高强钢筋作为受拉纵筋时,由于钢筋屈服强度的提高,连续梁支座控制截面从受拉边缘混凝土进入受拉塑性至受拉纵筋屈服的区段变长,这一阶段弯矩调幅幅度在总弯矩调幅中所占比例增大;支座控制截面塑性铰出现推迟,截面相对受压区高度相同时塑性铰转动能力减小。为此,提出了将高强钢筋混凝土连续梁弯矩调幅分受拉纵筋屈服前、后两阶段。对以受拉纵筋屈服强度、中支座控制截面相对受压区高度、中支座支承宽度、跨高比、加载形式为控制变量的336根两跨连续梁进行参数化分析。结果表明：随着钢筋屈服强度的提高,第一阶段弯矩调幅增大、第二阶段弯矩调幅减小;随着中支座控制截面相对受压区高度增加,两阶段弯矩调幅均减小;随着中支座支承宽度的增加,第一阶段弯矩调幅增大、第二阶段弯矩调幅变化不显著;随着跨高比的增大,第一阶段弯矩调幅减小、第二阶段弯矩调幅变化不显著。建立了不同加载形式下考虑上述各参数影响的两阶段连续梁弯矩调幅系数计算公式。     

Experimental study on inelastic mechanical behaviour of composite girders under hogging moment

Negative bending moments acting on the support regions of continuous composite girders generate tensile stresses in the concrete slab and compressive stresses in the lower steel profile. As a result, the mechanical behaviour of these girders becomes strongly nonlinear, which needs special study. In this paper, static experimental tests on four half-scale models of steel and concrete composite girders with different shear connectors such as studs and Perfo-Bond Strips (PBLs) under hogging moments are cautiously conducted in order to investigate the reduction of flexural stiffness and the inelastic behaviour after cracking. In the test results, crack development, crack widths and strains of the composite section before and after cracking were observed. The crack width evaluation methods based on design codes for steel and concrete composite girders under negative bending moment were compared. Crack widths should be controlled appropriately within an allowable value in the slab under service load. The strains in reinforcing bars obtained through the static tests agreed well with the values calculated through the application of the existing tension stiffening theory. The test specimens could be assumed to be a full composite section until the ultimate state on the basis of load and slip relationship results of shear connectors. It follows that analytical and experimental studies can be served as a basis for the design of continuous composite bridges.     

预应力活性粉末混凝土箱梁抗弯性能试验

为研究预应力活性粉末混凝土(RPC)箱梁的正截面受力性能,进行了2片预应力RPC箱梁的抗弯性能试验,研究了RPC箱梁的受力变形特征以及顶板横向预应力对其抗弯性能的影响。结果表明:预应力RPC箱梁具有良好的变形能力,其极限变形可超过跨径的1/50;RPC箱梁正常使用阶段的裂缝宽度和短期刚度可参照《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38:2004）的相应公式计算,其中的钢纤维影响系数可分别取为0.4和0.2;RPC箱梁顶板内的横向预应力对截面抗弯承载力的影响较小,但会使受压区混凝土的应变分布更加均匀,从而减弱箱梁顶板受压的剪力滞效应并增加构件的延性;试验中对顶板内施加2.95 MPa的横向预压应力（仅为RPC棱柱体抗压强度94 MPa的3.1%）后,可使箱梁受压翼缘的有效分布宽度增加约10%,构件延性指标增加约3%。试验结果验证了提出的预应力RPC箱梁正截面抗裂和抗弯承载力的计算公式。     

有粘结预应力FRP筋混凝土梁抗裂计算方法

关于有粘结预应力FRP筋混凝土梁的抗裂度和裂缝宽度的计算问题,目前我国现行设计规范中尚无相关规定,ACI440.1R—06规范仅给出了非预应力FRP筋混凝土梁的最大裂缝宽度的计算方法。分别应用我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)和ACI318—05规范中适用于普通钢筋混凝土构件的抗裂度公式,计算了国内外30根有粘结预应力FRP筋混凝土梁试件的开裂弯矩。按我国《混凝土结构设计规范》计算的开裂弯矩值与试验结果吻合良好。考虑了FRP筋等效、FRP筋的粘结性能以及环氧涂层钢筋等的影响,对我国《混凝土结构设计规范》中有关受弯构件最大裂缝宽度的计算公式进行了修正。基于提出的修正公式和ACI440.1R—06规范对国内外24根有粘结预应力FRP筋混凝土梁的试验结果进行计算对比。分析结果表明,文中的计算值与试验结果更为吻合。     

基于软化薄膜元理论的波形钢腹板PC组合箱梁纯扭全过程分析

为解决波形钢腹板PC组合箱梁在纯扭作用下的全过程受力问题，基于软化薄膜元模型（SMMT），结合该桥型的结构及受力特点，建立了一组充分满足平衡条件、变形协调条件及材料本构关系的方程组，根据波形钢腹板未屈服与已屈服两种情况，方程中分别以剪力流连续与剪应变连续来描述钢腹板与混凝土翼板之间的协调关系。在此基础上，给出了求解上述方程组的程序框图，由此建立了针对波形钢腹板PC组合箱梁的纯扭全过程分析模型。对8根已有试件进行验证，结果表明：模型预测的全过程扭矩-扭率曲线与试验曲线吻合良好，包括开裂前的上升段及达到极限状态后的下降段，同时二者在开裂和极限状态下的扭矩与扭率值也非常接近，由此证明了该模型的有效性与准确性。     

预应力混凝土管桩抗弯及抗剪性能试验研究

通过一系列原型试验,对预应力混凝土管桩的抗弯及抗剪性能进行研究。抗弯试验结果显示,试验所采用的预应力混凝土管桩抗弯性能明显优于规范值,在弯矩作用下桩身裂缝分布于跨中约3m范围内。管桩弯曲断裂时呈脆性破坏性状,最大应力处位于跨中纯弯段内,裂缝出现前跨中界面应变基本符合平截面假定,裂缝出现后中性轴上移。桩身破坏后仍具有较高的抗弯承载力,但裂缝出现后桩身刚度明显降低。抗剪试验显示试验桩的抗剪性能优于规范值,断裂处为大致45°的剪切破碎带。抗剪试验中管桩的应力主要集中在剪弯段内,管桩破坏后仍具有较高的抗剪承载力。     

部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的抗剪性能试验研究

针对提高负弯矩作用下连续梁的结构特性提出了一种新型的部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁。对这种混凝土外包组合工字梁在对抗荷载下的抗剪性能进行试验分析研究。试验结果显示与普通的工字梁相比,混凝土外包组合工字梁的剪切屈曲因受外包混凝土的限制而有了更好的抗剪强度。由于组合截面的抗剪刚度是基于波形钢腹板和破裂前外包混凝土平均厚度的总和,且其抗剪强度决定了由钢腹板和外包混凝土共享的抗剪强度比。此外,根据试验中的破坏模式和应变分布,提出部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁的预估抗剪强度。试验结果验证了之前分析得出的弹性阶段的抗剪刚度和抗剪比。且之前计算得出的钢腹板与组合梁的抗剪强度也与试验结果一致。通过对比可知文中提到的分析方法可以应用到部分混凝土外包波形钢腹板组合工字梁结构的抗剪刚度预估和抗剪强度设计中去。     

小跨高比混凝土简支箱梁静力性能试验研究

山地城市排水干管埋地箱涵由于滑坡导致地基塌陷而成为简支箱涵,支承方式的改变导致管道结构存在破坏风险.为此,文章对简支下小跨高比埋地箱梁进行了模型静力加载试验,分析了小跨高比埋地箱涵在简支条件下的破坏形式、抗剪性能以及剪力滞效应,讨论了现行有关设计规范对于箱涵抗剪承载力计算之不足.研究表明,竖向均布荷载作用下,小跨高比箱...     

Shear behavior of partially encased composite I-girder with corrugated steel web: Experimental study

A new type of partially encased composite I-girder with corrugated steel web has been proposed to improve the structural performance of continuous girders under hogging moment. The shear behavior of such partially encased composite I-girders under anti-symmetric loading has been experimentally and analytically investigated. Experimental results show that the partially encased composite girders has superior shear strength compared to steel I-girders, since shear bucking of steel web is restricted by concrete encasement. The shear stiffness of the composite section is based on the total summation of corrugated web and concrete encasement with average thickness before cracking, and the ratio of shear resistance shared by the steel web and the concrete encasement depends on their shear stiffness. In addition, predicted shear strength of the partially encased composite girder with corrugated web is proposed according to the experimental failure mode and strain distribution. The analytical shear stiffness and shear resistance ratio at the elastic stage are verified by experimental results. And the calculated shear strength for steel and composite girders agree well with the experimental results. The comparison shows that the proposed analytical methods can be applied in predicting elastic shear stiffness and design shear strength for such partially encased composite girders with corrugated web.