考虑粘结应力传递的抗弯加固锈蚀RC梁挠度计算方法

基于微元法思想,考虑锈蚀钢筋与混凝土之间粘结应力的传递,以及粘结应力传递前后截面应变的相容性,建立了钢板和FRP抗弯加固锈蚀RC梁挠度计算模型。为了验证计算模型的正确性,对比分析了多组试验结果。结果表明:在不同荷载等级下,与不考虑粘结应力的传递模型相比,考虑粘结应力的传递模型对钢板抗弯加固锈蚀RC梁的挠度计算结果更接近试验值。考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为-0.6%～1.8%和-10.5%～9.1%,不考虑粘结应力传递模型的极限荷载和对应极限挠度的误差范围为1.1%～6.1%和-11.4%～-2.2%。该模型也能较精确地预测FRP材料(包括CFRP和BFRP)抗弯加固锈蚀RC梁的荷载-挠度曲线,极限荷载值的误差范围为-3.6%～4.2%,极限挠度误差范围为-4.2%～8.3%。     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

不同钢筋位置下锈蚀钢筋混凝土梁粘结性能分析

为了研究锈蚀钢筋所处的不同位置对钢筋混凝土梁粘结性能的影响，本文对12个不同锈蚀纵筋位置的梁式试件进行了4点弯曲加载。试验结果表明：纵筋位于混凝土梁底角部试件与其位于梁底中部的试件相比，在理论锈蚀率为0%、1%、2%、4%、8%时粘结强度分别降低17%、20%、46%、26%、18%。基于试验结果，建立了考虑钢筋位置的锈蚀钢筋-混凝土界面平均粘结应力-滑移本构方程。基于ANSYS软件，利用粘结-滑移本构关系进行数值模拟。结果表明，考虑钢筋位置的粘结-滑移本构模型能够有效计算平均极限粘结应力，数值模拟值与试验值吻合较好。此外，本文提出考虑钢筋位置的钢筋混凝土梁随锈蚀率变化的极限粘结强度劣化模型。     

不同钢板加固方式对锈蚀钢筋混凝土梁承载性能的影响

为了研究不同钢板加固方式对锈蚀钢筋混凝土梁承载性能的影响,探索不同钢板加固方式的加固效果,通过静力荷载试验对比研究了钢板抗弯加固、抗剪加固和抗弯抗剪组合加固锈蚀RC梁在承载力、变形、破坏模式和延性等方面的特点,分析了不同加固方式的优缺点。研究结果表明：组合加固效果最明显,其极限承载力比锈蚀梁提高了107.7%;对于抗弯加固锈蚀梁,钢板厚度分别为3、4、5 mm时,厚度每增加1 mm,其极限承载力增加7~18 kN;组合加固锈蚀梁的抗变形能力最强,其次是抗弯加固锈蚀梁,且钢板厚度增加对抗弯加固锈蚀梁的抗变形能力有积极作用;组合加固较其他两种加固方式能更有效地提高锈蚀梁的延性,其延性相比锈蚀梁提高了320.4%,其次是抗剪加固锈蚀梁;抗弯加固锈蚀梁的延性比其他两种加固梁小,且随着钢板厚度增加,其延性先增加后减小。评价抗弯和抗剪加固锈蚀梁的加固效果时,需综合考虑抗变形能力和延性。     

具有荷载作用历史的CFRP-钢界面粘结性能试验

为研究荷载作用历史对碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢结构界面粘结性能的影响,开展4种界面剪应力水平、6种持载时间的CFRP-钢双剪试件长期加载试验,对达到规定加载时间的试件进行静力拉伸破坏.根据CFRP轴向应变数据,给出了界面剪应力分布及粘结滑移曲线,考虑到界面蠕变损伤对粘结滑移本构关系的影响,在双线性模型中引入系数β、η、γ,回归分析得到了这3个系数的表达式.结果表明:胶黏剂的蠕变变形会引起界面应力重分布,随着时间的增加CFRP应变增大,界面剪应力峰值减小;加载90 d后,在12.5 mm处B组、C组、D组、E组试件界面剪应力分别减小了26.6%、59.2%、73.8%、85.4%;当界面剪应力水平较高时,应考虑界面蠕变损伤对粘结滑移曲线的影响,界面剪应力水平越高持续时间越长,蠕变损伤越显著;当CFRP粘贴长度大于有效粘结长度时,界面蠕变损伤对极限承载力没有明显影响.     

锈蚀钢筋混凝土黏结滑移本构模型及数值模拟应用

为研究纵筋与箍筋共同锈蚀对钢筋混凝土黏结性能的影响,采用电渗—恒电流—干湿循环的加速锈蚀方法对25个钢筋混凝土（RC）试件进行锈蚀,进而对其进行拉拔试验,研究了纵筋锈蚀、箍筋锈蚀、保护层厚度和箍筋间距等参数对黏结性能的影响规律。分析了锈蚀对混凝土与钢筋界面间黏结力的影响,将黏结性能退化归因于材料性能退化和约束效应退化,基于试验数据,建立并验证了一个考虑设计参数、纵筋及箍筋共同锈蚀的修正黏结滑移本构模型。结合所提本构模型及微元算法建立了锈蚀纵筋应力-滑移模型,基于OpenSees平台,将所建模型应用于零长度截面单元中,通过串联纤维梁柱单元与零长度截面单元建立了考虑黏结滑移变形的锈蚀RC构件数值模型,根据锈蚀RC柱拟静力试验数据对该模型的准确性进行验证,并采用仅考虑锈蚀损伤的纤维模型进行辅助验证。结果表明:混凝土与钢筋界面间黏结力随锈蚀程度的增加呈先上升后下降的趋势,增加保护层厚度可略微增加黏结强度,而箍筋加密对黏结强度提升明显;与纤维模型相比,所建锈蚀RC纤维模型承载力、累计耗能和极限位移误差分别降低12.8%、23.5%和14.2%,表明所建模型可合理计算钢筋滑移的贡献且准确预测锈蚀RC柱地震整体响应。     

铝合金板混凝土界面的粘结滑移性能及其本构关系

铝合金板具有轻质高强、耐腐蚀性和延展性好等优点,是复杂恶劣环境中加固混凝土结构的理想材料。基于双剪试验进行铝合金混凝土界面粘结滑移性能研究,完成了45个构件的双面纯剪试验,得到了其破坏形态、荷载应变关系曲线、粘结界面剪应力分布曲线、荷载滑移关系曲线以及界面极限承载力,分析了不同的混凝土强度等级、铝合金板表面粗糙度、铝合金板粘结长度和粘结宽度条件下界面粘结滑移性能的演化规律。研究表明：加载过程中,界面应力从加载端向自由端逐步传递,且随着混凝土强度等级、铝合金板的粘结长度和宽度的增加,试件的剥离承载力也有所提高。但铝合金的粘结长度存在一个有效粘结长度值,超过该值试件的剥离承载力将不再增加,同时,铝合金表面粗糙度对试件剥离承载力的提高没有实质影响。通过测量铝合金板的应变得到了不同参数条件下铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线,结果表明：铝合金板混凝土粘结滑移本构曲线存在明显的界面软化特征和非线性行为。     

BFRP格栅/改性MMA树脂混凝土复合增强RC梁抗弯力学性能

为了研究BFRP格栅增强MMA树脂混凝土(BFRP-MMA)复合加固RC梁的抗弯力学性能、破坏形态及抗弯承载力计算方法,分别采用MMA树脂混凝土、普通环氧树脂混凝土以及两者与BFRP格栅的复合材料对RC梁进行了抗弯加固并进行了4点抗弯承载力静载试验。试验结果表明:BFRP-MMA复合材料与RC梁黏结性能良好,其破坏形态表现为BFRP格栅断裂。采用纯改性MMA及BFRP-MMA复合加固RC梁,均可以提高梁的开裂荷载。BFRP-MMA复合加固RC梁的极限抗弯承载力和变性能力相对RC梁分别提高了50.8%和108%。此外,根据建立的抗弯承载力计算方法所得计算值与试验值吻合良好。     

基于钢筋锈蚀的混凝土梁承载能力退化预计模型

为了得到锈蚀钢筋混凝土梁承载力预计模型,在锈蚀混凝土梁截面应力应变基本假定基础上,运用普通混凝土理论和已有的锈蚀构件试验研究成果,建立了锈蚀程度相对较小的构件的正截面适筋延性破坏模型;运用极限平衡理论和拉杆拱模型求出钢筋滑移量与剪应力的关系,从而建立了不同锈蚀程度的钢筋混凝土梁正截面承载力预计模型．结果表明计算得到的破坏荷载值比试验值偏小,差别在10％～30％之间。     

考虑钢筋锈蚀的RC梁承载力的非线性有限元分析

在考虑锈蚀引起的钢筋横截面损失和粘结强度下降的前提下,利用非线性弹簧单元模拟锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结滑移性能,建立了锈蚀钢筋混凝土梁的有限元分析模型。对锈蚀钢筋混凝土梁承载力进行仿真分析,讨论了钢筋截面损失和锈蚀率对钢筋混凝土梁承载力的影响。     

考虑粘结滑移本构模型的托换梁承载特性分析

粘结滑移有限元分析是掌握型钢混凝土托换梁变形特性的关键手段。采用有限元分析软件建立了考虑和不考虑型钢与混凝土粘结滑移两种有限元模型,分析了托换梁荷载-挠度曲线、型钢应变及箍筋应变的变化规律。结果表明：不考虑粘结滑移时,托换梁的极限荷载、跨中挠度与试验值差值百分比范围分别为1.0%～6.8%和11.3%～24.5%,受剪段中部、梁跨中位置的腹板应变和内、外侧箍筋应变与试验值的差值百分比分别为23.1%、46.4%、15.8%和45.8%;考虑粘结滑移后,托换梁的极限荷载、跨中挠度与试验值差值百分比范围分别为0.7%～4.5%和5.7%～18.2%,受剪段中部、梁跨中位置的腹板应变和内、外侧箍筋应变与试验值的差值百分比分别为2.7%、1.3%、11.6%和27.7%;考虑型钢与混凝土粘结滑移的有限元模型可更准确地模拟梁的承载力和变形。     

硫酸盐和氯盐侵蚀的混凝土梁抗弯性能

为了研究混凝土结构在双重侵蚀环境中的退化规律,采用内掺5%NaCl浸泡于15%Na2SO4溶液中,湿2d、干3d的干湿循环加速腐蚀方法,研究了不同腐蚀损伤度和锈蚀率时试验梁的破坏形态、开裂情况、抗弯承载力的退化机理,并对不同腐蚀程度下试验梁的荷载-挠度曲线、挠度变形、腐蚀损伤度和锈蚀率对开裂荷载、极限荷载和延性的影响进行了分析.结果表明：早期侵蚀产物的生成密实了混凝土内部结构,随着腐蚀的加深,混凝土和钢筋的力学性能均下降,因此造成试验梁的开裂荷载、极限荷载、延性和截面刚度都经历了先增后降的过程,但是相对于开裂荷载,极限荷载的下降要晚些.根据试验结果建立了与腐蚀损伤度和锈蚀率相关的开裂荷载、极限荷载和延性比退化规律的计算模型.     

二次受力下粘贴钢板加固RC梁抗弯性能分析

为了研究二次受力下粘贴钢板加固RC梁的抗弯性能影响因素,利用数值模拟软件ABAQUS建立了钢板加固RC梁受压模型,分析了钢板厚度、配筋率和预载量等因素对钢板加固RC梁抗弯承载力的影响,对试验数据进行分析处理.结果表明:二次受力下钢板加固RC梁抗弯承载力随初始应力增大而减小;钢板厚度、长度、配筋率和预载量因素中,初始荷载...     

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载下的抗弯刚度降低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。     

RC类活性粉末混凝土钢筋粘结-滑移本构模型

通过22组活性粉末混凝土中心拔出试验,分析了混凝土抗压强度、钢纤维体积掺量、钢筋直径和钢筋与RPC粘结长度对变形钢筋与RC类活性粉末混凝土粘结性能的影响,总结了钢筋拔出破坏、混凝土劈裂破坏以及钢筋拔出与混凝土劈裂破坏同时发生等3种破坏模式的发生条件,结合试验数据拟合得到RC类养护模式下各粘结锚固特征值计算公式,建立了RC类活性粉末混凝土钢筋平均粘结应力-滑移本构模型,并利用该模型与试验结果进行验证,效果较好;通过钢筋内贴应变片中心拔出试验,分析粘结应力分布规律,拟合得到粘结位置函数。试验结果表明:变形钢筋与活性粉末混凝土粘结强度随混凝土抗压强度的增大而增大;随着钢纤维掺量增加,极限粘接强度τu和残余粘接强度τr呈增大的趋势;随着钢筋直径的增大,初始粘接强度τ0先减小后增大,τu和τr减小;随着钢筋粘结长度的增大,τ0和τr增大,而τu呈减小趋势;随荷载增加,粘结应力峰值从加载端向自由端移动;粘结长度越长,粘结应力分布越不均匀;结合平均粘结应力-滑移本构模型和粘贴位置函数得到的公式能较为充分地反映RC类活性粉末混凝土与变形钢筋的粘结应力-滑移本构模型。     

CFRP加固RC梁静载荷效应的有限元模拟

目的应用非线性有限元方法模拟碳纤维复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土（RC）梁承载过程中结构的载荷效应（挠度、应力应变和承载力）．方法以4根CFRP加固RC试验梁的抗弯试验为依据，讨论了三维有限元分析模型的建立，包括：混凝土、钢筋、CFRP及CFRP和混凝土界面等单元的选择及本构关系原理。并选择了合适的裂面剪力传递系数．采用商业有限元计算软件ANSYS。模拟了4根CFRP加固RC梁加载的全过程．结果有限元模拟破坏承载力与实际破坏载荷基本接近，误差可控制在15％以内；有限元模拟压区混凝土、受拉钢筋、CFRP应变与实际测量应变在受拉钢筋屈服前基本一致；有限元模拟跨中挠度与试验测量挠度基本吻合．结论证明有限元方法可较好的预测CFRP加固RC梁的静载荷效应．     

FRP-混凝土组合桥面板单调静力性能的试验研究

采用抗剪连接件将FRP板与混凝土板连接起来共同承担外部荷载,即形成了FRP-混凝土组合桥面板.开展了采用FRP开孔板连接件和环氧树脂2种方式连接的FRP-混凝土组合桥面板的单调静力性能试验,重点对其破坏形态、承载力、变形、滑移等进行研究.研究结果表明:组合桥面板的破坏均以FRP板与混凝土板的连接界面破坏为标志;采用FRP开孔板连接件连接的组合桥面板,在FRP板与混凝土板界面处的滑移增量随荷载增大逐渐加大,最大滑移量为0.55 mm,而采用环氧树脂连接的组合板在整个加载过程几乎没有滑移;采用环氧树脂连接的桥面板比采用FRP开孔板连接件连接的桥面板的抗弯承载力高22%,极限跨中挠度比后者小13.4%,这主要是由于FRP开孔板连接件滑移较大所致.     

疲劳荷载作用下植筋锚固粘结的滑移性能

为研究疲劳荷载对植筋拉拔承载力、粘结应力的影响,设计植筋直径为16~25 mm、锚固深度为10d~25d（d为植筋直径）的10组拉拔试件进行疲劳试验,试件经200万次荷载上限为0.45P_u的疲劳加载后均未破坏,施加静载至破坏。加载过程中测量植筋的应变、滑移和荷载。结果表明：疲劳荷载削弱了承载能力,试件经疲劳荷载作用后极限承载力下降,粘结应力的减小随循环加载次数增加呈对数发展趋势。分析了粘结应力与试件破坏形态的关系。对于拔出破坏的试件,达到一定植筋深度后,胶筋界面的粘结应力是控制试件破坏与否的主要因素。增加植筋直径和锚固深度,粘结应力峰值逐渐降低,沿锚固长度的应力分布曲线趋于平缓,提高了植筋整体受力性能。     

体内无粘结预应力混凝土梁受弯承载力计算模型研究

以两点对称荷载作用下无粘结预应力混凝土简支梁为研究对象,基于混凝土梁的整体变形及塑性铰分布特点,通过对梁实际曲率分布进行简化后计算得出预应力筋的应力增量,进一步提出了无粘结预应力混凝土简支梁受弯承载力的计算方法.通过77根无粘结预应力混凝土梁的试验数据对建议抗弯承载力计算模型进行验证,并将计算结果与美国ACI318规范的计算模型及其它模型的计算结果进行了对比.结果表明:无粘结预应力混凝土梁受弯承载力的试验值与理论预测值之比的平均值为1.047,标准差为0.077,变异系数为0.073,二者吻合较好;与其他计算模型的计算结果相比,本文建议计算模型较真实地反映了预应力混凝土梁的曲率分布,可更准确的计算无粘结预应力混凝土梁的抗弯承载力.     

混杂纤维增强RPC加固混凝土梁抗弯性能

为了研究混杂纤维增强活性粉末混凝土(HFRPC)的加固效果,进行了高强钢筋HFRPC加固普通钢筋混凝土梁抗弯性能的试验和理论研究,并与未加固梁比较。共完成7根梁抗弯试验,其中1根是未加固梁,6根为HFRPC加固梁。变化参数为:HFRPC厚度、HFRPC与旧混凝土界面粘结方式和粘贴纤维布等。试验结果表明:采用高强钢筋HFRPC加固梁能有效提高抗弯承载力,HFRPC加固层与旧混凝土粘结牢靠,未发生脱粘破坏;HFRPC加固层裂缝数量众多、宽度明显减小;旧混凝土表面经凿坑处理比凿沟处理的加固梁承载力更大;HFRPC中配置高强钢筋,能发挥高强钢筋优势;HFRPC加固层厚度40 mm比30 mm梁抗弯承载力提高5%;采用纤维布箍约束新旧混凝土,可阻止弯曲裂缝扩展,峰值荷载后承载力下降较慢。最后,给出了加固梁开裂荷载、屈服荷载和极限承载力计算公式,计算值与试验结果吻合较好。