GFRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁受弯性能数值模拟研究

近年来,FRP筋和钢筋混合配筋混凝土结构的研究已逐渐成为土木工程界的热点之一。利用ANSYS有限元分析软件,以试验数据为依据,考虑GFRP筋与混凝土之间的黏结滑移以及材料非线性,建立了GFRP筋和钢筋混合配筋混凝土梁的三维有限元模型,并对其抗弯过程进行了数值模拟分析,计算得到的荷载-跨中挠度曲线及裂缝形态分布等都与试验结果吻合较好,可以较好地模拟混合配筋混凝土梁的抗弯性能。在此基础上,探讨了配筋率、梁截面高度及FRP筋类型等因素对混合配筋混凝土梁抗弯性能的影响,从而为进一步研究混合配筋混凝土梁抗弯性能提供依据。     

GFRP筋混凝土板抗弯性能试验研究

对GFRP筋混凝土板和钢筋混凝土板进行试验,通过对比两者的抗弯性能,为GFRP筋混凝土桥梁面板的设计和应用提供依据。同等条件下,GFRP筋板带的极限承载力比钢筋板带小10%左右。由于GFRP筋是没有屈服点的弹性材料,其弹性模量约为普通钢筋的1/5,因此GFRP筋板的破坏模式、裂缝、变形、混凝土和筋材应变的特性不同于钢筋板。根据现行设计规范,GFRP筋板的承载力往往由正常使用极限状态决定,比较试验结果与现行规范设计值表明,受剪承载力、最大裂缝宽度和跨中最大挠度的设计公式需要加以修正。     

GFRP筋混凝土梁耐火性能计算方法

通过GFRP筋混凝土梁耐火性能的理论分析与有限元计算,提出GFRP筋混凝土结构耐火性能的计算方法。在合理选择GFRP和混凝土材料的热工参数、高温力学参数的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS建立三面受火的GFRP筋混凝土梁的高温热力学模型。经与GFRP筋混凝土梁火灾试验结果的对比验证,该高温力学模型具有较高的精确性。对影响GFRP筋混凝土梁高温力学性能的各参数进行有限元分析,结果表明,影响梁耐火性能的主要因素为梁上作用的荷载比、GFRP筋在混凝土截面的位置和受火时间。参考欧洲规范钢筋混凝土抗火性能的设计方法,提出GFRP筋混凝土构件基于力学性能的耐火设计公式。通过混凝土500℃等温线简化受火面积和GFRP筋高温强度等效换算的方式,将火灾下截面的非均匀材料力学性质转变为随受火时间变化的均匀材料,提出了不同受火时刻GFRP筋混凝土受弯构件的承载力计算式。经与有限元分析结果的对比,该计算方法精度较高,可应用于评估不同受火时刻下GFRP筋混凝土的高温承载力。     

纤维对GFRP筋与自密实混凝土基体粘结性能影响分析

通过18个中心拉拔试件试验,研究在基体中加入不同纤维(聚丙烯长纤维(PPA)、聚丙烯短纤维(PPB)、钢纤维(SF)以及混杂纤维)对玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋与混凝土基体粘结性能的影响,旨在寻找改善GFRP筋与混凝土基体粘结性能的有效途径。参照德国纤维混凝土标准DBV和国际材料与结构研究试验联合会标准RILEM弯曲韧性评价方法,采用等效抗弯强度和变形能来评价粘结韧性。试验结果表明：与素混凝土（NC）基体相比,GFRP筋与掺入混杂钢纤维与聚丙烯长纤维以及各自单掺基体的粘结强度可提高13%～35%,还可改善粘结韧性;同时,GFRP筋与基体的粘结强度随钢纤维掺量增大而提高。根据试验结果拟合得出粘结滑移曲线上升段的模型参数,计算结果与试验结果吻合良好。图11表6参13     

混合配置GFRP筋与钢筋的圆形截面混凝土受弯构件承载力计算

根据钢筋和GFRP筋的本构模型,提出钢筋和GFRP筋混合配置的圆形截面混凝土构件正截面受弯承载力计算基本假定和截面受力平衡条件,并推导出了GFRP筋和钢筋混合配筋混凝土适筋梁正截面受弯承载力建议计算公式。通过与现有规范、规程相对比验证,得出建议公式可作为配置纯GFRP筋或钢筋的圆截面混凝土构件的设计公式。此外,对5组GFRP筋混凝土梁和2组混合配筋混凝土梁进行了静力抗弯试验,试验结果表明,纯配与混配构件的正截面受弯承载力建议公式计算值与试验实测值相比都有一定的安全储备,承载力系数在1.59~2.43之间,证明了建议公式的合理性,可供工程设计参考。     

圆形截面玻璃纤维筋混凝土桩体抗剪承载力研究

用GFRP筋来部分代替钢筋或预应力钢筋用于混凝土结构中,国内外已有大量研究和应用。目前对玻璃纤维（GFRP）筋混凝土结构受剪性能的研究,主要都是尺寸较小的矩形截面梁,关于圆形截面构件的斜截面受剪承载力的研究却极少。根据实际工程桩尺寸首次制作了比例为1∶1的试件,进行了二集中力三分点加载试验,试验中发现玻璃纤维筋混凝土梁具有剪切破坏的特征,通过对试验结果的分析并结合美国ACI规范与中国混凝土设计规范中抗剪承载力公式,推导出圆形截面GFRP筋混凝土梁的抗剪承载力公式,采用该公式计算的结果与实测值非常相近。进一步将上述理论应用在北京某地铁车站的基坑围护桩中,校核计算了盾构接收过程中围护桩的安全性,据此提出增大配筋率的建议。     

GFRP混合配箍梁抗剪试验研究

本文属安徽工业大学建筑工程学院开展的混凝土梁内GFRP混合配筋系列试验研究之一,为了解决同系列试验中GFRP箍筋梁受剪时弯剪段斜裂缝较多且较宽缺陷,通过对设计制作的5根GFRP混合配箍试验梁及1根钢筋混凝土对比梁进行加载试验,展开了对GFRP混合配箍梁抗剪性能和弯剪段裂缝研究,并与GFRP箍筋梁进行对比分析。     

GFRP/钢绞线复合筋黏结锚固试验研究及设计建议

GFRP/钢绞线复合筋与混凝土之间的黏结锚固是GFRP/钢绞线复合筋增强混凝土结构性能的关键问题.采用拉拔试验,参照ACI规范的试验方法,对180个混凝土拉拔试件进行试验研究,测定每个试件的黏结强度、加载端滑移及自由端滑移,并计算GFRP/钢绞线复合筋的黏结一滑移关系曲线.基于肋间距、筋直径、埋置长度、混凝土强度、混凝土保护层厚度和浇筑深度等因素对黏结锚固性能的影响,通过对试验数据的统计分析,得到GFRP/钢绞线复合筋的混凝土保护层修正系数、混凝土浇筑深度修正系数及黏结滑移限值,提出GFRP/钢绞线复合筋的黏结强度计算公式和基本锚固长度的计算公式,并确定锚固长度的计算原则.试验数据及设计建议可为确定GFRP/钢绞线复合筋的混凝土保护层厚度、构建GFRP,钢绞线复合筋的黏结一滑移本构关系模型以及制定相关规范提供参考和依据.     

火灾高温下GFRP筋和混凝土粘结性能试验研究

为了研究火灾环境中不同温度下纤维增强塑料(FRP)筋和混凝土之间粘结性能的变化以及火灾后FRP筋和混凝土之间的残余粘结性能,以玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋为例,对34组共120个混凝土棱柱体粘结试件进行了火灾高温时GFRP筋和混凝土之间粘结性能的试验研究,试验主要考虑了温度、混凝土强度和粗骨料粒径的影响,得到了高温中和降温后GFRP筋和混凝土之间的粘结强度以及GFRP筋的锚固长度。试验结果表明,随温度的升高,粘结性能会随之下降,当温度下降至室温后,其粘结性能会得到恢复。这些试验结果可以应用于GFRP筋增强混凝土结构抗火设计中。     

FRP筋与HRB筋混合配筋混凝土梁变形及延性性能试验研究

为了研究FRP筋与普通钢筋(HRB筋)混合配筋混凝土梁变形及延性性能,选用GFRP和BFRP筋材,设计制作了8根混合配筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁,分析了试验梁裂缝以及挠度的变化情况,探讨了混合配筋混凝土梁截面延性系数的计算方法。结果表明:混合配筋混凝土梁裂缝开展机理与钢筋混凝土梁基本相同,相同荷载水平作用下挠度比钢筋混凝土梁增大约20%~90%;延性系数随着配筋率的增大和FRP筋与钢筋面积比的增大而减小,建议混合配筋混凝土梁满足延性要求时配筋率为0.8%~1.26%,FRP筋与钢筋面积比小于1.28。     

带柱头钢筋混凝土无腹筋单向板受剪试验研究与非线性分析

共完成22块钢筋混凝土无腹筋简支单向板的受剪试验,分析了有无柱头、剪跨比、纵向配筋率对试验板的受剪承载力和破坏模式的影响,并采用非线性有限元软件ATENA对试验结果进行模拟;结合试验数据和收集到的无腹筋单向板、梁（有效高度大于500 mm）试验数据,对中国规范GB 50010-2010、美国规范ACI 318-11、欧洲规范EN 1992-1-1:2004的受剪承载力计算公式的准确性进行评估。结果表明：剪跨比、纵向配筋率等因素对单向板受剪破坏的影响与其对梁受剪破坏的影响类似;有限元分析结果能够从受力机理上反映柱头对单向板受剪承载力的影响;对于截面有效高度约150 mm的单向板,上述各规范的计算公式偏于安全,但是对于截面有效高度大于500 mm的厚板,特别是在配筋率较低的情况下,规范中的公式均存在不同程度的安全隐患。     

The effects of CFRP orientation on the strengthening of reinforced concrete structures

In recent years, the strengthening and retrofitting of structural members using externally bonded carbon fibre reinforced polymer (CFRP) materials has gained a great deal of attention. This has eventuated from the superior properties of composite materials, including high elastic modulus, higher strengths and lighter weights. This paper presents a finite element analysis that has been validated against laboratory tests of two reinforced concrete (RC) beams, two columns, two slabs and six walls. The main focus is on the ultimate failure load of these members as they have different CFRP orientations to the loading direction. The analysis result shows a sound agreement with the experimental data regarding the ultimate failure load of RC samples, except for the RC wall. In fact, the RC wall, while under eccentric axial load, confirmed that the CFRP orientation was parallel to the loading direction, and it proved to be an insignificant contribution in the ultimate failure load of the samples. This finding demonstrates that more experiments should be considered when investigating the influence of CFRP on the ultimate strength of strengthened RC walls. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

A generic design approach for EB and NSM longitudinally plated RC beams

There has been much good research on adhesive bonding plates to existing reinforced concrete structures which is now readily available in the form of published books or guidelines. Most of the fundamental and unique failure modes of plated structures have now been identified and quantified and research has reached the stage where it can be applied as design in practice and with confidence. This paper brings together this research and shows that the fundamental behaviour of plated structures can be described in generic terms for all forms of plating, which will eventually enable generic design rules to be developed for all types of adhesive plating. A generic design procedure is presented for adhesive bonding longitudinal plates to reinforced concrete (RC) beams and slabs: that applies to both externally bonded (EB) plates and near surface mounted (NSM) plates; that can be applied to prestressed and unprestressed beams; that covers all plate materials, plate configurations and plate adhesion to any surface; covers all four major debonding mechanisms at serviceability or ultimate limit states; and quantifies the flexural and shear strengths as well as the ductility associated with moment redistribution.     

高耐久性的聚合物纤维混凝土的性能及应用

纤维混凝土（FRC）对混凝土结构的耐久性有明显加强的作用,可以通过延长建筑物的使用寿命,节约建筑物维护和维修的费用．探讨一种新型的聚合物合成纤维水泥基复合材料ECC的工作性能和应用现状．大量研究表明PVA纤维混凝土可以通过牺牲部分抗压强度来提高材料抗裂性能．因此,如果在工程施工中,梁、板等受拉构件或者混凝土钢筋保护层等需要进行耐久性设计的构件使用ECC材料,会取得显著的抗裂性能,提高混凝土构件的耐久性,而以抗压强度起主要作用的抗压构件则建议谨慎使用．     

钢筋再生混凝土结构研究进展及其工程应用

再生混凝土绿色、环保,是实现建筑垃圾资源化再利用的重要途径。为了进一步推动钢筋再生混凝土结构的研究发展与工程应用,分析了钢筋再生混凝土梁、板、柱、剪力墙、梁-柱节点及框架结构的受力性能、抗震性能、抗火性能、氯离子侵蚀后性能、徐变及抗冻性能的研究现状及存在的不足,列举了典型工程案例,指出了需要深化研究的问题。研究表明,钢筋再生混凝土梁、板、柱、剪力墙、梁-柱节点及框架结构的上述多数性能较同类钢筋普通混凝土构件(结构)的均有不同程度的劣化,但可通过合理设计实现其与普通混凝土相当甚至更好的性能,可用于实际工程中。     

冷轧带肋钢筋预应力混凝土叠合板与空心底板受弯承载力相关性分析

通过理论分析与试验研究,提出了冷轧带肋钢筋预应力混凝土叠合板与空心底板受弯承载力相关性模式,为该类叠合板设计与结构性能检验提供了新的方法与计算手段,可供有关规范及通用标准图集编制和预制构件生产、施工、检验部门应用。     

圆形混凝土平板的塑性分析

用塑性理论对目前尚缺少研究的不开洞与开洞圆形钢筋混凝土平板极限承载力进行了分析、探讨,可供实际工程结构设计参考。     

Experimental investigation of edge restraint on punching shear behaviour of RC slabs

Current codes of practice usually do not consider the effect of edge restraint on the punching shear capacity of flat plate type reinforced concrete structures. As the punching shear provisions incorporated in various codes of practice are a direct result of the empirical procedures, they do not usually provide an accurate estimation of the ultimate punching load capacity of a slab with its edges restrained against rotation. This is because no account is taken of the enhancement of punching capacity due to the in-plane restraint in many types of reinforced concrete slab systems. A total of 16 model slabs with restrained and unrestrained edges have been tested in an effort to ascertain the influence of boundary restraint, thickness of the slabs on their structural behaviour and punching load-carrying capacity. Edge restraint has been provided by means of edge beams of various dimensions in order to mimic the behaviour of continuous slabs. The cracking pattern and load-deflection behaviour of the slabs tested have also been monitored closely.     

Shear strength prediction for steel reinforced concrete deep beams

This study proposes an analytical method for determining the shear strengths of steel reinforced concrete deep beams under the failure mode of concrete crushing originally based on the softened strut-and-tie model. The proposed method is a good physical model that can correlate well with the observed failure phenomenon of steel reinforced concrete deep beams. By comparing the predictions of the proposed method with the available test results from the literature, it was found that the proposed method is capable of predicting the shear strengths for steel reinforced concrete deep beams with sufficient accuracy. The shear-carrying behavior of steel reinforced concrete deep beams is highly influenced by the ratios of flange width to gross width, the shear span-to-depth ratios, and the concrete strengths. When the ratio of flange width to gross width is low, the shear-carrying capacities of steel reinforced concrete deep beams increase with the increasing ratio. However, if the ratio of the flange width to gross width is higher than a critical value, then the failure mode of steel reinforced concrete deep beams will be converted from diagonal compression failure into bearing failure.     

碳纤维板加固钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁的抗弯性能试验研究

用碳纤维板对2根钢筋混凝土梁和2根预应力钢筋混凝土梁进行了加固处理,对加固后梁的受弯性能进行了试验研究。试验结果表明:使用碳纤维板来提高钢筋混凝土梁和预应力混凝土梁的正截面承载力的方法是有效的,并且能较好地约束裂缝的发展。