钢-ECC组合梁负弯矩区受弯性能试验研究

纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite,ECC）具有高延展性以及受拉刚化特点,应用于组合梁桥的负弯矩区时可有效减少桥面板的受拉开裂。完成了2根钢-ECC组合梁和1根钢-混凝土组合梁对比构件在负弯矩作用下的静力加载试验,通过试验研究了不同配筋率的ECC对结构受力性能特别是抗裂性的影响。试验研究表明：在负弯矩作用下,钢-ECC组合梁的刚度较钢-混凝土组合梁明显提高|由于ECC翼板的抗拉作用导致截面中和轴上升,钢梁受压区增大,构件延性有所降低|钢-ECC组合梁可有效提高结构的开裂荷载并减小裂缝宽度,提高配筋率有利于进一步减少ECC翼板的裂缝宽度。提出了钢-ECC组合梁的承载力与开裂荷载的计算方法,提供了挠度分析的方法和裂缝宽度的基本模型。     

采用混杂纤维ECC的叠合板#br# 组合梁负弯矩受力性能试验研究

基于一种新型混杂纤维ECC材料研发一种钢 混凝土-ECC组合桥面结构,用于连续组合桥梁的负弯矩区以提升其抗裂性能,可代替其他复杂的工程措施。完成2根钢-混凝土-ECC叠合板组合梁和1根钢-混凝土叠合板组合梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度与裂缝发展的分析,初步论证混杂纤维ECC用于钢-混凝土组合梁的可行性和优势。试验表明：在纵向受拉钢筋配筋率相等的情况下,采用ECC后浇层的叠合板组合梁在正常使用阶段的承载力略高于对比梁,刚度则高于对比梁且裂缝数量减少、宽度减小;在采用界面拉毛处理后,后浇ECC与混凝土之间的黏结性能良好,界面未出现滑移破坏。基于试验数据和规范方法,提出了含ECC构件的受弯裂缝宽度计算公式,公式计算值与相关试验吻合较好。     

UHPC-T梁抗弯性能试验研究与理论计算

为研究配筋率和预应力对超高性能混凝土T梁(UHPC-T梁)抗弯性能的影响,设计并制作了4根UHPC-T梁与1根普通混凝土T梁,采用三等分点抗弯试验研究了T梁加载破坏的全过程特征,并采用理论公式计算了T梁的开裂弯矩和极限弯矩等关键性能参数。结果表明:配筋率对UHPC-T梁开裂荷载的影响不大; 相同配筋率下,预应力UHPC-T梁的极限承载力约为UHPC-T梁的1.4倍,UHPC-T梁的极限承载力约为普通混凝土T梁的2倍,表明预应力和UHPC均可明显提升T梁的极限承载能力; 与普通混凝土T梁相比,UHPC-T梁裂缝细而密,加载初期最大裂缝宽度发展较慢,裂缝宽度及其数量明显减少; 与UHPC-T梁相比,预应力UHPC-T梁能有效抑制裂缝的生成与发展,表明预应力和UHPC能改善T梁的抗裂性能; 各试验梁跨中正截面混凝土应变与荷载基本呈正比例关系,表明平截面假定同样适用于预应力UHPC-T梁与UHPC-T梁; T梁的理论开裂弯矩和极限弯矩均与相应的试验结果吻合较好,且两者之间的相对误差小于20%,满足工程设计要求。     

某预应力混凝土梁吊装侧弯破坏分析

以某预应力混凝土I形梁在起吊时的侧弯破坏为例,采用理论分析和有限元法,研究了起吊时引起I形梁破坏的几个原因。首先根据梁的截面特性计算了I形梁的侧向抗弯刚度,采用MIDAS软件计算了预应力钢筋张拉后引起的梁体侧挠值,再通过试算法确定了I形梁开始出现开裂的临界倾斜角度,最后参照文献中的有关设计原理,计算了预应力混凝土I形梁的侧向抗弯承载力。计算分析结果表明,预应力筋张拉产生的侧向挠曲、侧向抗弯刚度和倾斜角度是I形梁侧弯破坏的三个主要因素,对主梁运输安装的安全性具有极大的影响。     

体外索钢箱——混凝土组合连续梁非线性结构性能试验研究

钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂问题影响了这类组合结构向更大跨度的发展。针对这一问题,提出在钢箱-混凝土组合连续梁中施加体外索的新技术,研究施加体外索对增强钢箱一混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的抗裂能力,提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的有利作用。经对比试验表明,施加体外索后,钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂荷载提高2．8倍,组合连续梁的弹塑性抗弯刚度提高29．35％,承载力提高34．67％,结构性能显著提高。在试验研究基础上,分析钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区局部力学性能与整体非线性结构性能的关系,揭示体外索提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的力学实质,给出承载力计算建议。研究结果可作为体外索钢箱-混凝土组合连续梁工程应用和理论分析的参考。     

PVA纤维混凝土梁裂缝试验分析

纤维的加入使得混凝土梁的受力性能有所改变 ,对普通混凝土梁规范所给出的开裂荷载、极限荷载、裂缝宽度计算公式就不再适用。通过对高强高弹聚乙烯醇纤维 (简称PVA纤维 )配筋梁受弯试验 ,对梁的裂缝进行了研究 ,在试验数据的基础上 ,拟合出PVA纤维混凝土梁的裂缝宽度的计算公式 ,对纤维混凝土裂缝宽度的计算提出建议     

压实黏土梁弯曲开裂性状试验研究

裂缝的存在显著降低黏土层的防渗性能。研制了土梁弯曲试验装置,研究了不同含水率压实黏土梁张拉开裂性状,分析了裂纹扩展过程,并采用PIV技术揭示了裂纹尖端的应变局部化现象,获得了不同含水率下压实黏土的开裂应变。试验结果表明:三点弯梁拉伸区可能出现多个应变局部化区域,其中靠近跨中的一个发展为宏观裂纹;裂纹宽度随中点挠度近似呈线性增长,且受含水率影响较小;含水率对土梁开裂特性和开裂应变影响很大,随着含水率由32.6%增至37.0%,土梁断裂挠度显著增加,裂纹尖端的应变局部化区域变大,开裂应变从2.4%增大至4.1%,跨中荷载挠度曲线呈现由跳回型向跳过型变化,荷载峰值明显降低,土梁由脆性断裂逐渐转变为延性断裂。     

Coupled static and dynamic buckling of thin walled beam by spline finite element

For the coupled static and dynamic buckling of thin walled beam subjected to various forces, such as axial force, uniform bending moment, and bending moment due to concentrated and distributed lateral forces, the spline finite element method is employed to obtain the dynamic stiffness matrix. Second order effects of the axial force and moment are considered. A doubly symmetric cantilever beam with uniform cross-section is investigated. Extensive static and dynamic interaction diagrams are plotted. The effects of warping rigidity, torsional rigidity, axial tension and compression on moment buckling, moment on axial buckling compression, higher buckling modes are discussed in detail. The spline finite element method is proved to be very efficient for the present problem and many interaction diagrams can be plotted easily. Some new results are presented. The methodology is based on finite element formulation and therefore it can be easily extended to analyze structural frames.     

含小型粗骨料UHPC板抗弯性能研究

研制新型的含小型粗骨料UHPC板,提升传统大跨径组合梁斜拉桥普通混凝土桥面板的抗弯性能。通过对含小型粗骨料UHPC进行基本材料性能研究,以及对含小型粗骨料UHPC板试件进行抗弯试验,材性试验探究含小型粗骨料UHPC材料的本构关系、弹性模量和终凝后的干燥自收缩等,发现在UHPC中添加小型粗骨料后,UHPC在抗压性能方面得到提高,减小终凝后的干燥自收缩,但会降低一定的抗弯拉强度和韧性;含小型粗骨料UHPC板试件的抗弯试验探究了试件的荷载 挠度关系与弯矩 最大裂缝宽度关系。发现UHPC板试件具有较高的开裂强度,结构破坏呈现出多裂缝发展。抗弯试验、有限元分析和承载力公式计算结果表明：含小型粗骨料UHPC板具有较好的抗弯、抗裂性能,但计算承载能力时应充分考虑添加小型粗骨料后对结构拉伸性能降低的影响。     

多梁式混凝土桥梁结构刚度的裂缝特征——动力分解综合识别法

基于有限模型梁的静、动力交替试验研究,分析了钢筋混凝土梁的基频、静刚度、动刚度在“正常使用”阶段的变化规律,建立静、动刚度比与结构内力、自振基频的回归关系式,在对混凝土梁进行非线性分析的基础上,建立了结构裂缝统计参数与结构特征参数之间的回归关系。基于模型桥的静、动力交替试验研究,分析了多梁式T型结构在“正常使用”阶段的变形、应力、内力、频率的变化规律和裂缝开展过程及其统计参数。提出易被工程技术人员所接受的多梁式结构预测评估的动力分解法——根据外观裂缝检查成果和动力试验参数将桥跨结构分解为单片梁,获得各梁目前状态下的动刚度及静刚度,并得到模型试验成果的验证。     

免拆模混凝土梁受弯性能试验

为研究免拆模混凝土梁的受弯性能,设计制作1根免拆模混凝土梁和1根现浇对比梁,对2个试件进行单向静力加载,得到了各试件的破坏形态、荷载特征值、荷载 混凝土应变曲线、荷载 钢筋应变曲线、荷载 跨中位移曲线,并将其进行对比分析。结果表明:在试件屈服前,免拆模混凝土梁与现浇梁的裂缝发展有较大区别,但最终破坏时2个试件的整体破坏特征基本相似;免拆模混凝土梁的预制U形混凝土模块与内部后浇混凝土结合较好,整个加载过程未出现U形模块脱落或撕裂现象;免拆模混凝土梁的开裂荷载相比现浇梁试件要小8%,但2个试件的极限荷载基本相同,实际工程中可采用现行《混凝土结构设计规范》对免拆模混凝土梁的开裂荷载、极限荷载进行计算,结果偏安全。     

复合配筋混凝土预制方桩受弯性能有限元分析

为深入研究复合配筋混凝土预制方桩的受弯性能,对该类桩建立有限元模型,开展有限元分析,从其抗裂性能、受弯承载力、变形性能及破坏特征等与试验结果进行比较。结果表明,建立的有限元模型可以较好地预测方桩的受弯性能,模拟得到的桩身裂缝分布和跨中挠度与试验结果吻合较好。根据所建立的有限元模型对不同参数的复合配筋混凝土预制方桩进行承载力分析,并与采用GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中受弯构件承载力计算公式的计算结果进行比较,结果显示：配置非预应力钢筋可以显著提高开裂后方桩的抗弯刚度和极限弯矩;合理设计的复合配筋混凝土预制方桩呈现以受拉区非预应力钢筋屈服,预应力钢棒被拉断,最后受压区部分混凝土被压碎的形式破坏;方桩的开裂弯矩和极限弯矩的有限元分析结果与规范公式计算值较为接近。     

预应力UHPC梁弯曲性能分析与合理设计

为研究预应力超高性能混凝土（UHPC）梁的基本受力性能和合理设计方法,完成了一片大比例预应力UHPC T形梁的弯曲全过程加载试验;基于混凝土损伤塑性（CDP）模型建立预应力UHPC梁的非线性有限元模型,对试验过程进行了细致模拟,将分析结果与试验结果进行对比;以仿真模型为基础深入研究了预应力筋数量、张拉应力、UHPC材料抗压和抗拉强度等参数对UHPC梁弯曲性能的影响规律;提出了UHPC梁的预应力配筋率计算公式,并建议了其合理范围,初步探讨了UHPC梁的合理设计方法。结果表明:基于CDP模型的有限元模型能较好模拟预应力UHPC梁的弯曲受力性能,分析结果与试验结果吻合良好;提高预应力能有效提高构件承载力,但延性降低;提高UHPC材料的抗压强度对构件弹性阶段和开裂阶段受力性能影响不大,但能有效提高构件延性,提高抗拉强度能有效提高构件的抗裂性能和延性,并使极限承载力有所提高。     

加气混凝土墙体开裂机理分析及其定量控制

加气混凝土墙体开裂、空鼓及渗漏一直困扰着加气混凝土的广泛应用.为了有效地解决加气混凝土墙体出现的裂缝,基于加气混凝土墙体裂缝种类和成因分析,对加气混凝土砌体开裂的机理进行探讨,针对砌体原材料、设计构造、施工工艺出现的问题,提出控制墙体开裂的定量化措施,通过工程试点应用,墙体裂缝控制取得良好的效果,规范和提高了加气混凝土墙体的施工技术,为系统地解决加气混凝土墙体开裂、空鼓和渗漏提供参考.     

沥青胶结料低温物理硬化及结晶动力学分析

为了准确模拟沥青胶结料的物理硬化过程及评估其物理硬化趋势,采用常规弯曲梁流变(BBR)试验设备对10种常用道路沥青进行了改进弯曲梁流变(EBBR)试验,并根据试验结果计算了低温等级损失指标;此外,在设计不同的低温恒温养护时间的基础上,测试了沥青蠕变劲度与蠕变劲度变化率,并采用Avrami等温结晶动力学理论对试验结果进行了拟合分析.结果表明:EBBR法较BBR法对沥青的低温性能区分精度更高;采用Avrami等温结晶动力学理论可较好地模拟沥青胶结料的物理硬化过程,拟合分析得到的Avrami指数与EBBR试验得到的低温等级损失值变化规律具有一致性;沥青胶结料低温物理硬化与结晶性能为评价沥青在实际工程中的低温抗开裂能力提供了更准确的信息.     

ECC梁的力学性能试验研究

研究了PP ECC梁的四点弯曲试验性能,制作了钢筋增强PP ECC梁,钢绞线GFRP筋增强PPECC梁,素PP ECC梁和普通钢筋混凝土梁4组试件。在试验研究中,主要考虑了配筋率、龄期等参数,对比了钢筋增强PP ECC梁、钢绞线GFRP筋增强PP ECC梁、素ECC梁与普通钢筋混凝土梁的弯曲性能,测试了试件的开裂荷载、裂缝的开展、各级荷载下的应变以及试件的极限荷载,验证了平截面假定。结果表明,对不同配筋率的PP ECC梁,配筋率越大,极限承载力增加,但极限变形减小,裂缝宽度的变化不明显。同一配筋率下,PP ECC梁比普通钢筋混凝土梁具有更高的承载力和变形性能,在屈服时刻裂缝宽度可控制在0.1mm以内。     

沥青混合料抗裂性能评价指标的试验研究

基于沥青路面裂纹扩展行为,设计预切口小梁试件的疲劳试验,以模拟其复合裂纹扩展模式;以疲劳寿命指标来评价沥青混合料的抗裂性能,同时进行沥青混合料的低温弯曲试验和J积分试验,试验混合料采用4种低温性能差异显著的沥青胶结料.判别各项评价指标对试验混合料抗裂性能的鉴别程度,并分析沥青低温临界温度指标、低温弯曲试验指标、J积分试验指标与预切口小梁疲劳寿命的相关性.结果表明:以混合料疲劳性能为基准的混合料抗裂性能排序与沥青胶结料临界温度的排序一致,也与沥青混合料低温弯曲试验和J积分试验中能量指标的排序一致.     

内置纤维胶液管钢筋混凝土梁裂缝自愈合行为试验和分析

混凝土及其结构能够自动适应环境, 在受到损伤后能够自行愈合, 是解决结构中的混凝土材料损伤的最佳途径。本文根据生物体损伤愈合的原理, 设计了一种具有裂缝自愈合行为、内置纤维胶液管的钢筋混凝土梁,混凝土受拉开裂时, 纤维胶液管破裂, 其中的修复胶粘剂流出, 愈合裂缝。首先, 分析了修复纤维对混凝土自愈合效果的影响因素; 然后, 从修复纤维微分单元的平衡状态, 得到了修复纤维能及时发挥修复作用的合理参数;最后, 通过三分点弯曲试验, 验证了梁的裂缝自愈合能力; 分别采用不同的修复胶粘剂进行了试验, 得到了一种适合钢筋混凝土梁裂缝自愈合的理想胶粘剂。     

基于网格自适应的钢筋混凝土随机有限元分析

为了在钢筋混凝土结构有限元分析模型中对裂缝进行描述,建立了基于网格自适应的有限元裂缝分析模型,可以比较直观地模拟裂缝的发生和开展过程;同时引入随机模拟方法,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)法处理与裂缝有关的参数。用该方法能够模拟钢筋混凝土结构裂缝出现位置和间距的随机性,而且能改进计算数据的后处理。对跨中受力的钢筋混凝土简支梁进行计算分析,所得裂缝分布和位移均与试验结果吻合良好。结果表明,用该方法对钢筋混凝土结构进行分析是合理的,也是可行的。     

荷载作用下开裂钢筋混凝土梁锈胀开裂模式及锈蚀分布研究

为提高混凝土结构的服役性能,对混凝土保护层的锈胀开裂过程进行研究。对荷载作用下锈蚀18个月的内掺氯盐钢筋混凝土梁的截面锈胀裂缝分析发现：环向裂缝宽度沿径向呈指数函数变化;锈胀裂缝的开裂模式、锈蚀产物与钢筋混凝土受力状态、骨料及裂缝的相对位置均密切相关;保护层破坏以层状破坏为主。通过研究提出,在对锈蚀钢筋混凝土梁进行承载力分析时,建议剪压区不考虑受压混凝土保护层的作用,对剪拉区和弯拉区钢筋与混凝土之间的黏结性能要进行折减。