CFRP-PCPs复合筋嵌入加固钢筋混凝土梁裂缝试验及计算方法研究

通过5根嵌入不同张拉控制应力的碳纤维增强塑料预应力混凝土棱柱体(CFRP-PCPs)复合筋加固钢筋混凝土梁受弯试验,对比分析试验梁的裂缝分布与发展,得到最大裂缝宽度与平均裂缝宽度在静力荷载作用下的变化特性。结果表明: 嵌入CFRP-PCPs复合筋能有效的减少被加固钢筋混凝土梁的裂缝宽度和高度。在试验基础上,根据国家现行混凝土规范,对平均裂缝间距和最大裂缝宽度计算公式进行参数修正,建立了CFRP-PCPs复合筋嵌入加固钢筋混凝土梁最大裂缝宽度计算公式,计算值与试验值吻合较好。     

型钢高强混凝土梁力学性能试验研究

基于19榀型钢高强混凝土简支梁的力学性能试验,观察了诸试件的裂缝开展模式及破坏形态,揭示了影响梁力学性能的主要因素,探讨了混凝土强度、含钢率、剪跨比、荷载类型、剪切连接方式及宽度比(型钢翼缘宽度与梁宽之比)对梁力学性能的影响规律,给出了不同连接方式下型钢与混凝土界面间的剪切计算方法。依据现有型钢混凝土梁承载能力计算方法,通过引入截面对称性影响系数以考虑型钢截面形式变化对构件承载力的影响,建立了中和轴通过型钢腹板时型钢高强混凝土梁正截面抗弯承载力的计算公式。建议公式计算值与试验实测值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度。研究将为型钢高强混凝土梁相关计算理论的建立提供理论依据。     

玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响

为研究玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响,以纤维长度及纤维体积掺率为变化参数,对纤维长度分别为12mm和30mm,纤维体积掺率分别为0.1%和0.2%的4根纤维混凝土梁和1根对比梁进行静载试验,试验中对纤维混凝土梁开裂荷载、裂缝宽度以及挠度进行监测。结果表明:与普通钢筋混凝土梁对比,玄武岩纤维混凝土梁的开裂荷载显著增大,且裂缝宽度发展更为缓慢,相同荷载作用下的裂缝宽度和跨中挠度显著减小,其主要原因是玄武岩纤维改善了混凝土梁的抗裂和阻裂性能,提高了梁的整体刚度。     

钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝宽度试验研究

通过9根钢筋钢纤维自密实混凝土梁的四点弯曲试验,分析了钢纤维体积率、配筋率对钢筋钢纤维自密实混凝土梁裂缝形态、裂缝宽度以及裂缝间距等参数的影响。结果表明:在自密实混凝土梁中掺加钢纤维可有效限制裂缝的扩展,掺入体积率为0.38%和0.64%的钢纤维,可使自密实混凝土梁在正常使用阶段的最大裂缝宽度减小31%~56%,平均裂缝间距减小15%~28%,纵筋应变减小40%~56%。考虑钢纤维在试验梁开裂截面的分布以及应力传递机理,结合试验数据提出了钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的计算公式,并与MC 2010、RILEM TC-162 TDF及CECS 38:2004的公式进行了对比。计算结果表明:该文建议公式计算的最大裂缝宽度与试验值吻合较好,可用于钢筋钢纤维自密实混凝土梁最大裂缝宽度的分析与验算。     

钢筋高延性混凝土梁裂缝试验研究与计算方法

为探究钢筋高延性混凝土(RHDC)梁裂缝开展机理,共设计四根钢筋高延性混凝土梁和一根普通钢筋混凝土(RC)梁,通过四点弯曲试验研究高延性混凝土极限拉应变和配筋率对构件裂缝宽度、裂缝间距以及裂缝发展高度的影响.研究表明:(1)与RC梁相比,RHDC梁的裂缝数量多且宽度小,加载过程中裂缝发展缓慢;(2)RHDC梁的裂缝宽度和裂缝高度随材料极限拉应变的增大而减小;(3)配筋率对RHDC梁裂缝宽度的影响与对RC梁的影响规律相同,随配筋率增大,RHDC梁裂缝宽度、裂缝高度以及平均裂缝间距均减小.基于试验和相关文献,考虑纤维桥联的贡献,建立RHDC梁的平均裂缝间距和最大裂缝宽度的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.     

预应力混凝土T梁桥长期监测数据分析

全预应力与A类预应力混凝土梁不允许产生梁体竖向、横向裂缝,为评估带裂缝工作预应力混凝土T梁桥的安全性能,对某高速预应力混凝土T梁桥挠度、应变和裂缝宽度采用振弦式传感器进行长期在线监测,结合桥梁荷载试验,对长期监测数据进行定量分析。研究结果表明实际运营条件下,主梁最大挠度与跨径之比小于1/3 000,季节温度变化引起的应变增量与车辆荷载增量相当,梁底横向裂缝宽度变化处于稳定状态。研究成果可为类似桥梁养护管理和维修加固提供技术支持。     

钢纤维混凝土梁压、弯组合作用下的承载力分析

钢纤维混凝土开裂后.钢纤维能在开裂面上提供一定的拉应力.这类似钢筋混凝土中受拉钢筋的作用.与钢筋混凝土不同,钢纤维混凝土开裂面上的拉应力随裂缝宽度的增加而逐渐降低.本文通过四点弯曲试验得到钢纤维混凝土梁开裂截面上钢纤维拉应力与裂缝宽度曲线,然后以此为基础对轴力、弯矩组合作用下的钢纤维混凝土梁的承载能力进行分析,得到钢纤维混凝土梁在轴力和裂缝宽度作用下的抗弯承载力计算公式.最后用得到的计算公式做出钢纤维混凝土梁在极限承载状态下的N-M相关曲线.计算分析表明,钢纤维混凝土梁开裂后,开裂面上的应力重分布会使截面的抗弯力臂增大.从而提高截面的抗弯承载力.并且开裂截面的抗弯能力也随轴压力的增大而有明显提高.这就从理论上解释了受压钢纤维梁开裂后的抗弯承载力不但没有降低,反而有所提高的现象.     

钢纤维对高强钢筋RPC无腹筋梁的剪切性能影响研究

为研究无腹筋高强钢筋活性粉末混凝土简支梁的剪切性能,基于集中荷载下4根RPC梁受剪破坏试验的结果,以钢纤维体积率为主要研究参数,分析钢纤维体积率对梁的斜裂缝发展形态、荷载-挠度曲线、剪切韧性及斜裂缝宽度的影响。结果表明:钢纤维能够减小斜裂缝间距,增加剪压区高度,改善梁的剪切延性;钢纤维对梁受荷初期的剪切韧性影响较小,而对初始屈服点后梁的剪切韧性影响较大;钢纤维体积率越大,斜裂缝宽度越小,峰值荷载越大,且其对峰值荷载的影响较对跨中挠度的影响显著。     

不对称钢骨混凝土梁裂缝宽度的试验研究

文章在5根不对称钢骨混凝土梁试验研究的基础上，利用现行规范^[1]中对称网骨混凝土梁裂缝宽度的计算公式，提出了不对称钢骨混凝土梁裂缝宽度的计算方法，建立了考虑钢骨表面粘结强度影响的钢骨混凝土梁裂缝宽度计算公式。结果表明，按照本文公式得到的计算值与实测值 吻合良好。     

装配式建筑双槽钢组合截面梁整体稳定系数研究

提出了一种模块化装配式柱贯通梁实腹式钢结构框架体系,对板块拼接形成的双槽钢组合截面梁的整体稳定性进行了研究。首先证明了双槽钢组合截面梁有限元模型建立方法的可行性,然后分析了不同螺栓布置方式下螺栓间距对双槽钢组合截面梁静力性能的影响,得到合理的螺栓间距。对比分析了梁截面高度、翼缘宽度和厚度、腹板厚度、梁长、双槽钢间隙宽度、螺栓布置方式和荷载类型等参数对钢梁整体稳定性的影响,用拟合的方法得到了等效弯矩系数的计算公式以及弹塑性稳定系数和弹性稳定系数的关系公式。通过对纯弯荷载作用下弹性稳定系数计算公式的等效弯矩系数修正和弹塑性修正,得到了不同荷载类型下的弹塑性稳定系数的计算公式。     

Flexural behavior of reinforced recycled aggregate concrete beams under short-term loading

Recycling of waste concrete is one of the sustainable solutions for the growing waste disposal crisis and depletion of natural aggregate sources. As a result, recycled concrete aggregate (RCA) is produced, and so far it has mostly been used in low-value applications such as for the pavement base. But, from the standpoint of promoting resource and energy savings and environmental preservation, it is essential to study whether a concrete made of recycled aggregates—recycled aggregate concrete (RAC) can be effectively used as a structural material. The experimental research presented in this paper is performed in order to investigate the flexural behavior of RAC beams when compared to the behavior of natural aggregate concrete (NAC) beams under short-term loading and consequently the possibility of using RAC in structural concrete elements. Three different percentages of coarse RCA in total mass of coarse aggregate in concrete mixtures (0 %—NAC, 50 %—RAC50, and 100 %—RAC100), and three different reinforcement ratios (0.28, 1.46, and 2.54 %) were the governing parameters in this investigation. Full-scale tests were performed on nine simply supported beams until the failure load had been reached. Comparison of load-deflection behavior, crack patterns, service deflections, failure modes and ultimate flexural capacity of NAC and RAC beams was made based on our own and other researchers’ test results. The results of conducted analysis showed that the flexural behavior of RAC beams is satisfactory comparing to the behavior of NAC beams, for both the service and ultimate loading. It is concluded that, within the limits of this research, the use of RAC in reinforced concrete beams is technically feasible.     

再生混凝土梁时变挠度分析与预测

重点考虑收缩和徐变等因素,对再生混凝土梁的时变挠度进行了理论分析。假定收缩和徐变不会相互影响,通过截面时随分析,得到再生混凝土梁时变相对受压区高度表达式。依据现有文献的试验数据,对分析结果准确性进行了验证。结果表明:对于不同的再生粗骨料取代率,时变挠度的计算结果与试验结果相比,大多数误差可控制在19%以内。该文的工作较好揭示了再生混凝土梁时变挠度的演化特点,可以为今后再生混凝土梁的长期挠度预测提供理论基础。     

持压荷载与干湿循环作用下再生混凝土氯盐侵蚀行为

采用干湿比为3∶1和质量分数为5wt%的NaCl溶液,开展了持压荷载与干湿循环共同作用下不同再生粗骨料取代率(r=0%、30%、50%、100%)混凝土的氯离子传输试验,分析了持压应力水平(λ_c=0.1、0.3、0.5)对氯盐侵蚀性能的影响。基于非饱和混凝土的氯离子对流-扩散模型,提出了考虑应力水平和再生骨料取代率影响的水分和氯离子扩散系数模型,并验证了该模型的有效性。结果表明：相同再生粗骨料取代率的混凝土内自由氯离子含量、氯离子扩散系数和表面氯离子浓度均随应力水平的增加呈先减小后增大的趋势,同一应力水平下与再生粗骨料取代率呈正相关,再生粗骨料取代率为100%的试件承受0.1f_c、0.3f_c、0.5f_c(f_c为再生混凝土(RAC)立方体抗压强度值)应力作用的氯离子扩散系数分别是无应力状态的0.97、0.88和1.48倍;所建立的持压荷载与干湿循环作用下RAC氯离子传输模型,为再生混凝土耐久性分析提供理论依据。     

Numeral modeling of fracture failure of recycled aggregate concrete beams under high loading rates

Fracture tests of recycled aggregate concrete (RAC) beams of different sizes were conducted under high loading rates. In order to characterize the effect of high loading rate on the behavior of RAC beams, two new material models were used together with the commercial finite element software \(\hbox {ABAQUS}^{\mathrm{R}}\). One model is a viscoelastic model that can predict the increase of stiffness (modulus of elasticity) of RAC with increasing loading rate, and the other model is a multiphase composite model that can determine the effective stiffness of RAC taking into account the special internal structure of recycled aggregate. Two different cases were considered in the numerical simulation. Case 1 is for fixed beam size under different loading rates, and Case 2 is for fixed loading rate with different beam sizes. For Case 1, the simulation results of the maximum loads under three different strain rates agreed with test data quite well. The Force-CMOD curves of the numerical simulation and test data showed similar trends. The higher the strain rates, the wider the high stresses spread in the crack propagation zone. The good agreements with the test data indicated that the two new material models can characterize the effect of high loading rate on RAC beams very well. For Case 2, three beam sizes and one loading rate was studied. The post-peak Force versus CMOD curves from the simulation follow the same trend of the test data. The stress distributions in the beams of different sizes are similar. On the other hand, the maximum loads predicted by the numerical model did not agree very well with test data. This is due to the fact that the maximum forces of RAC notched beams exhibited size effect, which was not considered in the fracture criteria adopted in \(\hbox {ABAQUS}^{\mathrm{R}}\) and not in the two new material models. This will be a topic for future research.     

基于粘结-滑移的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁裂缝宽度计算方法

将纤维增强筋(FRP筋)混凝土梁裂缝的开展过程视作FRP筋由两侧混凝土中拔出的过程,建立了基于粘结-滑移的FRP筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度微分方程。根据规范给出的裂缝宽度限值,合理确定滑移量上限,提出并引入了适用于梁正常使用阶段的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土“低滑移”阶段粘结-滑移本构模型。进而,在明确最大裂缝间距l_max、裂缝宽度放大系数h₂/h₁与裂缝截面纤维混凝土残余应力σ_fib等特征参数的基础上,利用迭代算法建立了FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算模型。基于正常使用阶段裂缝宽度实测数据对建议模型的适用性进行评估,结果表明:裂缝宽度限值0.5 mm内,建议模型能够准确预测FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁的最大裂缝宽度。     

基于非接触式观测技术的再生骨料混凝土断裂性能分析

采用非接触式观测技术(DIC)和传统电测法,对不同再生粗骨料取代率(0％、30％、50％、70％、100％)的混凝土进行三点弯曲梁断裂性能试验,得到双K断裂参数、裂缝口张开位移(CMOD)、裂缝尖端张口位移(CTOD)、裂缝扩展长度(△a)以及裂缝扩展路径,验证DIC非接触观测技术的有效性.结果表明:当再生骨料取代率为...     

基于可靠度分析的再生混凝土材料分项系数

为研究再生混凝土强度变异性对再生混凝土材料分项系数的定量影响,以普通混凝土受弯梁为参照,保持目标可靠指标不变,分别设定再生混凝土的强度均值,标准值和设计值与普通混凝土相同,分析了三种情况下的再生混凝土的材料分项系数和强度设计值的取值。分析结果表明,上述三种情况下,当再生混凝土的强度变异系数大于普通混凝土强度变异系数时,为保证再生混凝土梁受弯时的可靠指标达到现行规范目标可靠指标,其所需配筋率依次降低,所需再生混凝土配合比设计强度依次增加。当再生混凝土的强度变异系数小于等于0.15时,取均值相同时的C30、C40再生混凝土的材料分项系数为1.41和1.35,标准值相同时为1.43和1.41,设计值相同时为1.45和1.41,都可以保证再生混凝土梁的受弯可靠指标达到现行规范的要求。     

基于CT图像的再生混凝土细观破坏裂纹分形特征

为深入研究再生混凝土的破坏形态和内部裂纹扩展情况与普通混凝土之间的差异,以不同再生粗骨料(RCA)取代率的再生混凝土为研究对象,利用Phoenix v | tome | x s240微焦点工业CT获取再生混凝土加载到90%预估破坏荷载的二维扫描图像,借助Photoshop CS6图像处理软件,对材料内部破坏裂纹进行提取,进而基于分形几何理论,以分形维数及多重分形谱表征裂纹的分形扩展规律,建立分形维数和多重分形谱特征参数与RCA取代率和再生混凝土抗压强度的关系。结果表明:再生混凝土的细观受力破坏模式与普通混凝土不同,其受力破坏形态不仅取决于粗骨料与水泥浆体的界面黏结强度,还取决于RCA自身性能,当裂纹发展至天然粗骨料或强度较高的RCA时会绕过骨料表面继续发展,发展至强度较低的RCA时会贯穿骨料;分形维数可定量描述混凝土材料内部细观裂纹的整体扩展情况,即裂纹越丰富,分形维数越大;多重分形谱可反映从局部到整体不同层次的细观裂纹特征,裂纹分形维数和多重分形谱特征参数均与RCA取代率呈线性下降关系,与抗压强度呈线性增长关系;本研究可为再生混凝土在大型结构工程中的广泛应用奠定理论和实验基础。      

直剪作用下再生混凝土力学性能及强度指标换算

以再生粗骨料取代率为变化参数,通过75个再生混凝土(RAC)试件的直剪、抗压与劈裂抗拉试验,揭示了RAC的直剪破坏机制及不同强度指标之间的换算规律。结果表明:RAC在直剪作用下为明显的脆性破坏,粗骨料和水泥基体均被剪断;随着取代率的增加,RAC直剪强度较普通混凝土变化不大,总体上呈降低趋势,但50%取代率(按质量)时直剪强度有所增大;峰值剪切变形随取代率的增大,总体呈增大趋势,平均提高了18.85%;初始剪切变形模量随取代率的增大,总体呈降低的趋势,平均降低了8.97%;最后,基于试验数据提出了RAC剪切强度与抗压、劈裂抗拉强度的换算关系式,计算结果与试验值吻合较好。      

再生粗骨料硅烷浸渍处理对混凝土介质传输性能的影响

由于残余砂浆的存在,再生粗骨料的物理力学指标远不及天然骨料,致使再生混凝土力学和耐久性能较差;此外,水分及有害离子侵入混凝土内部是引起混凝土材料性能劣化的主要原因。本试验用质量分数为8wt%的硅烷乳液浸渍强化再生粗骨料,通过抗压强度、毛细吸水和抗氯离子侵蚀试验对硅烷浸渍前后不同骨料质量取代率(0%、30%、50%)的再生混凝土介质传输性能进行了研究,最后利用SEM对再生混凝土内部的微观结构进行分析。试验结果表明,硅烷浸渍处理再生粗骨料的吸水率显著降低,由其制备的混凝土强度稍有所下降;再生混凝土毛细累积吸水量明显减少,且抗氯盐侵蚀性能显著提高,其中骨料质量取代率为50%的再生混凝土浸渍处理后氯离子扩散系数降低了37.5%。研究表明,硅烷浸渍处理再生粗骨料是提高再生混凝土耐久性的有效途径。