CFRP筋体外加固铁路预应力混凝土简支梁桥设计及试验研究

采用自主研发的CFRP筋体外预应力加固桥梁锚具装置(包括锚固装置和张拉装置),对铁路预应力混凝土简支梁桥进行加固设计和现场试验。针对CFRP筋体外预应力加固特点,计算预应力损失和CFRP筋配筋面积,验算加固桥梁的反拱、正截面强度、抗裂性、抗剪性以及挠度等;在此基础上,对大秦铁路线某16m预应力混凝土简支梁桥进行了现场加固试验。结果表明:该文提出的加固方法适用于实际铁路桥梁加固,加固后符合现行铁路相关规范和混凝土结构加固设计规范要求,且桥梁的受力性能得到明显改善。     

UPPC梁的开裂截面惯性矩及挠度计算研究

为满足无粘结部分预应力混凝土(UPPC)梁正常使用极限状态的设计要求, 必须合理估算使用荷载下构件的挠度。由于预应力筋与其周围混凝土没有粘结, 加之部分预应力混凝土梁的中性轴随外荷载而动, 开裂截面形心轴及开裂截面惯性矩也跟着变, 这给UPPC梁的挠度计算带来了困难。该文建立了一个UPPC梁的开裂截面惯性矩计算方法, 在此基础上, 可以按Branson方法很容易地计算出截面有效惯性矩。该有效惯性矩与按《混凝土设计规范》(GB50010-2010)方法所得的有效惯性矩较接近, 前者与后者之比在0.89~1.10。计算挠度与3个不同研究者的试验对比表明所建立方法是正确的并具有较广泛的适用性, 可用于无粘结预应力筋为纤维复合材料的混凝土梁, 而目前的混凝土结构设计规范方法则无法应用于此类构件。     

体外预应力筋的极限应力:既有典型计算方法评述

该文分析和评述了确定体外预应力筋极限应力的三类计算方法,即:粘结折减系数法、基于截面配筋指标的回归方法和基于变形的方法。分析表明,基于变形的方法能够反映体外预应力混凝土梁所具有的构件截面强度与构件整体变形相耦合这一显著特征。在基于变形方法中的两个常用的等效塑性区长度模型中,与构件跨高比和外荷载作用形式相关联的模型过分夸大了荷载作用形式对体外预应力筋极限应力的影响。针对桥梁结构所承受的移动交通荷载,承载能力极限状态下,实际设计中很难判断和选择与荷载作用形式相关联的系数。而与构件失效时关键截面中性轴高度相关联的等效塑性区长度模型中的关键参数在不同试验中则具有较好的稳定性和一致性。该文的研究结果有助于建立简单而正确的体外预应力筋极限预应力计算方法。     

预应力CFRP布加固RC梁动力特性的试验研究

进行了预应力CFRP布加固完好RC梁的动力特性试验,结果表明:预应力加固梁的固有频率随着预张力的增加而增加。同时,考虑了相关的影响因素,从理论上推导了预张力与加固梁固有频率之间的定量关系,再利用一阶频率的试验值对公式进行拟合,得到频率影响系数。而后将二阶频率的试验值与理论值进行比较,发现理论值基本能反映频率随预张力的变化趋势,两者最大误差为0.173(在预张力为0kN时),试验值与理论值吻合较好。     

FRP筋混凝土T形和矩形截面梁抗弯承载力计算方法

为建立纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer,FRP)筋混凝土T形和矩形截面梁抗弯承载力简化计算方法,根据平衡破坏状态下的截面分析,定义了等效FRP配筋率ρ_ef和相应的平衡配筋率ρ_{ef, b}。在此基础上,基于257根FRP筋混凝土梁试验结果的统计分析,改进了受拉破坏和受压破坏皆可能发生的过渡区范围(ρ_{ef, b} <ρ_ef≤1.5ρ_{ef, b})。编制了受拉破坏控制截面的非线性分析程序,考虑多个设计参数的影响,开展了25 344个截面的参数分析。通过对参数分析结果的多元回归分析,推导了受拉破坏控制截面的抗弯承载力简化计算公式。此外,基于截面内力平衡和协调条件,推导了受压破坏控制截面的抗弯承载力计算公式。以国内外257根梁抗弯承载力试验结果,验证了所提方法的适用性。     

浅谈预应力混凝土T梁施工工艺

预应力混凝土T梁的施工,其结构轻盈、建筑高度小,配筋少等优点,在国内高等级公路中普遍使用,本文结合多年工作经验,从钢筋绑扎、模板的安装与拆卸、混凝土的浇筑与养护进行了分析。     

预应力CFRP筋混凝土梁疲劳全过程分析

CFRP筋具有耐腐蚀、抗拉强度高、弹性模量低和重量轻等优点,是暴露及恶劣环境下预应力钢筋的理想替代品.目前国内外关于预应力CFRP筋混凝土结构静力性能的研究已开展较多,而关于其疲劳性能的研究则刚刚起步.为此,对混凝土、钢筋以及CFRP筋的疲劳性能进行了总结,在考虑了疲劳刚度退化、疲劳强度退化以及疲劳残余变形等因素的基础上,提出了预应力CFRP筋混凝土梁疲劳全过程的简化分析方法,并基于ANSYS二次开发实现了疲劳全过程分析.为验证提出的疲劳全过程简化分析方法,进行了预应力CFRP筋混凝土梁的300万次疲劳试验,计算值与试验结果吻合良好.     

FRP筋预应力混凝土梁抗弯性能研究进展

FRP筋预应力混凝土结构已成为国内外工程领域研究的重点，文章分别介绍了国内外体内有粘结、体内无粘结和体外无粘结FRP筋预应力混凝土梁抗弯性能研究的主要成果，并对今后拟开展的研究工作提出了建议。     

预应力纤维塑料筋混凝土梁的受力性能

当连续纤维增强塑料用作混凝土结构中的配筋时，即为纤维塑料筋。纤维塑料筋具有抗瓣强度高，抗腐蚀性能好，重量轻，弹性模量小，抗剪强度低等特点，自八十年代后期，欧美，日本等国已对纤维塑料筋进行了较多的试验研究和工程应用。     

高强混凝土T形截面偏心受压构件正截面承载力的计算

本文通过对高强混凝土Ｔ形截面偏心受压构件的试验和理论研究，揭示了这类构件的破坏形态，编制了全过程非线性分析程序，计算结果与试验结果吻合较好，提出了高强混凝土Ｔ形截面偏心受压构件正截面承载力的计算方法。     

不锈钢和CFRP混合配筋预应力混凝土梁的延性和变形性能

由于FRP(fiber-reinforcedpolymer/Plastics)材料直到拉断还表现出线弹性的力学性能,使得采用FRP配筋的混凝土结构延性较差,且已成为这类结构应用中人们所关注的一个主要问题。研究了不锈钢和CFRP(Carbonfiber-reinforcedpolymer/Plastics)混合配筋部分粘结、部分预应力混凝土梁的延性和变形特性。分析时假定这类梁的截面在加载过程中具有3折线的弯矩-曲率关系,而在卸载过程中截面的弯矩-曲率关系假定为线性,据此提出了这类梁受力全过程的非线性分析方法,并以试验结果验证了其适用性。基于能量耗散的观点引入了反映这类梁延性特性的延性指标,并利用所提分析方法对这类梁的延性进行了参数分析。分析结果表明:增加混凝土极限压应变和预应力束的无粘结部分长度可以有效地增加这类梁的变形性能,但对延性的增加却很有限,而且这两个参数对梁延性和变形性能的影响程度还强烈依赖于梁的破坏形态。     

CFRP 布加固预裂钢骨混凝土梁的试验研究

通过6 根(预应力)CFRP 布加固预裂钢骨混凝土梁的试验,研究了其受力机理和破坏模式,给出了承载力的计算公式。试验结果表明,一层和二层CFRP 布、一层预应力CFRP 布、二层分别为预应力和普通CFRP 布以及对预裂程度较大梁加固后的开裂荷载分别提高了27.3%、54.5%、90.9%、100%和9.09%,相应的极限荷载分别提高了16.2%、27%、28.8%、35.1%和14.4%;普通钢骨混凝土梁的荷载-变形曲线呈现三直线特征,加固后的梁则呈现二直线特征,CFRP 布加固后梁的裂缝宽度和间距减小,但是裂缝的数量却增多;承载力计算理论公式与试验结果吻合良好。     

预应力CFRP加固钢筋混凝土受弯构件的抗力概率模型研究

预应力CFRP 加固混凝土结构技术因其在材料性能利用方面的优越性能已成为CFRP 加固的热点方向,其中预应力CFRP 加固结构的可靠性是这一方向研究的重要内容。该文分析了影响预应力CFRP 板加固钢筋混凝土受弯构件承载力的主要变量的概率特征,考虑CFRP 板尺寸效应和应力分布的影响,采用Weibull 分布推导了CFRP 板的极限强度概率分布函数,根据预应力CFRP 张拉工艺,分析了预应力损失随机变量,建立了在不同失效模式(破坏形态)下的受弯构件抗力概率模型,并开展了参数敏感性分析,获得各个失效模式下抗力概率模型的主要影响因素。研究结果表明:抗力概率模型是预应力CFRP 加固结构的失效概率计算与可靠度校准的重要内容之一,各参数的影响规律与各失效模式的破坏形式密切相关。     

CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能试验研究

通过10片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁采用CFRP板抗剪加固的试验研究和非线性有限元分析,研究不同损伤程度、剪跨比、配箍率及预应力水平等因素对CFRP板加固RC&PPC梁抗剪性能的影响。结果表明：采用CFRP板对RC&PPC梁进行抗剪加固能够有效抑制斜裂缝的开展,提高加固梁斜截面抗剪承载能力,并改善梁的延性;RC梁损伤后加固,随着配箍率的增大以及剪跨比的减小,将提高加固RC梁的斜向开裂荷载、箍筋屈服荷载以及抗剪极限承载能力;随着预应力水平的提高,PPC加固梁的极限承载力增大,CFRP板抗剪加固效果比较显著;非线性有限元模型能够预测CFRP加固RC/PPC梁的抗剪性能,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在进行CFRP板抗剪加固设计时,应对CFRP板的强度进行有效折减。     

预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型

为了研究预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤性能,利用包括对比柱在内的13根混凝土圆柱试验数据,对修正的Park-Ang损伤模型进行改进,建立了预应力碳纤维条带加固混凝土圆柱的地震损伤模型;根据试件的轴压比、纵向配筋率、考虑了预应力碳纤维条带及箍筋的双重横向约束作用对组合参数进行非线性回归分析,得到了该文推荐模型中组合参数的经验表达式;基于所提出的地震损伤模型,计算出了不同损伤状态的特征点所对应的地震损伤指标,据此给出了预应力CFRP加固混凝土圆柱的抗震分级标准;有限元分析得到的CFRP加固混凝土圆柱的损伤指标与试验结果基本符合,证明了该损伤模型以及加固柱的抗震等级划分标准的合理性。     

外贴CFRP加固混凝土梁裂缝间CFRP与混凝土界面粘结性能研究

碳纤维(CFRP)布与混凝土界面的粘结性能是影响CFRP加固构件性能的关键因素,为了更好地理解其对构件性能的影响,进行了外贴CFRP加固混凝土梁纯弯段内CFRP-混凝土界面粘结性能的研究,建立了研究相邻裂缝间CFRP-混凝土界面粘结滑移的解析模型。该模型不仅可以给出粘结界面上滑移和剪应力的分布,还可以给出外贴CFRP加固混凝土梁中相邻裂缝间各材料的应力分布,进而进行构件开裂分析等。将裂缝间CFRP应变实测分布与模型计算结果进行了比较,结果表明:由该模型导出的CFRP应变分布与试验结果吻合较好。     

剪跨比对CFRP加固无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应的影响研究

剪跨比对FRP抗剪加固梁的裂缝开展和破坏模式有重要影响,但对FRP加固梁抗剪强度及尺寸效应的影响研究较少.采用三维细观数值模拟方法,考虑混凝土细观组成的非均质性及碳纤维布(CFRP)与混凝土之间的相互作用,建立了CFRP加固无腹筋钢筋混凝土梁剪切破坏力学分析模型.在验证细观模拟方法合理性的基础上,拓展模拟与分析了剪跨比...     

预应力碳纤维板加固钢梁抗弯性能试验研究

普通外贴碳纤维材料加固钢结构技术无法充分发挥材料的高强性能,加固效果有限,采用预应力加碳纤维加固可有效解决上述缺陷。该文在成功研制用于加固钢结构的碳纤维板张拉装置的基础上,进行预应力碳纤维板加固钢梁抗弯性能试验,研究了预应力碳纤维加固对试件承载力、变形、破坏形态以及碳纤维应用效率的影响。试验结果表明,与非预应力碳纤维板加固的钢梁相比,预应力碳纤维板加固可有效提高试件的抗弯承载力和刚度,充分利用碳纤维材料性能。两端的可靠锚固避免了由于端部锚固不足而发生碳纤维板剥离破坏。     

腹板开孔的钢-混凝土组合梁的挠度计算

描述了一种腹板开孔组合梁挠度的计算方法。提出了楼板参与开孔段上部截面抗弯的有效宽度的概念,并进行了拟合。将剪切变形和空腹桁架弦杆的弯曲变形合并为等效剪切变形,得到开孔段的等效剪切刚度。利用开孔段与未开孔段截面刚度不同的现象,建立分段梁单元模型,采用传统梁理论求解挠度计算公式。与采用实体单元和板壳单元的有限元分析结果的对比表明,该文公式具有很好的精度。