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。     

有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁抗弯承载力研究

纤维增强塑料筋(简称FRP 筋)是一种高强线弹性材料,非常适合用做侵蚀环境下的预应力筋,采用有粘结和无粘结相结合是提高预应力FRP 筋混凝土梁延性的一种新方法。对有粘结和无粘结相结合的预应力FRP 筋混凝土梁的抗弯承载力进行了理论分析和试验研究,基于平衡配筋率定义了有粘结和无粘结相结合的预应力FRP筋混凝土梁的破坏形态,推导了平衡配筋率和相应抗弯承载力的计算公式。为了验证公式的正确性,进行了9 根预应力FRP 筋混凝土梁的试验研究,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,在相同配筋的条件下,体内有粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最高,体内无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力其次,而无转向块的体外无粘结预应力FRP 筋混凝土梁的承载力最低。采用体内有粘结和无粘结预应力相结合,可以改善预应力FRP筋混凝土梁的延性。     

无粘结部分预应力砼受弯构件极限强度试验研究

通过１２块单向板和１１根简支梁的试验，分析无粘结部分预应力砼受弯构件的预应力筋极限应力和极限抗弯强度。试验结果表明，当非预应力有粘结钢筋受拉区截面积的配筋率大于０．４％时，配筋指标和跨高比是影响预应力筋极限应力和极限抗弯强度的主要因素，提出了预应力筋极限应力经验公式，并对无粘结部分预应力砼受弯构件进行了全过程分析，理论分析和试验结果符合良好。     

免支撑工具式桁架叠合板受弯性能试验研究与分析

为解决普通混凝土叠合板底板易开裂、施工需大量竖向支撑难题，研发了一种斜筋式免支撑工具式桁架叠合板。通过标准砝码加载3个跨度相同、构造措施(绑扎搭接、焊接、钢丝网片)不同的试件，明晰了构造措施对叠合板整体受弯性能无显著影响，绑扎搭接是简便、高效的措施；通过对构造措施相同跨度不同的3个试件开展试验和数值研究，探明了该类叠合板的工作机制，基于叠加原理建立了其抗弯刚度和挠度计算方法。结果表明：与实测值相比，所建理论方法与数值模型精度高，决定系数最小值分别为0.994和0.988；上部钢管与下部底板无明显协同作用，二者间桁架在跨度较小时对抗弯刚度的贡献可忽略，跨度3.4 m、4.3 m试件在开裂前、后对总体抗弯刚度的贡献占比分别是12.1%、22.0%和15.0%、26.7%；免支撑叠合板受弯性能以开裂为界具有两阶段特征，开裂后整体抗弯刚度均呈先快后慢下降趋势，钢管对叠合板抗弯刚度的贡献始终最大。研究成果为免支撑工具式桁架叠合板的应用提供了参考依据和计算方法。     

基于OpenSees的钢筋混凝土梁粘结滑移数值分析

粘结滑移性能的数值分析是钢筋混凝土结构研究的热点,该文在总结现有粘结滑移本构关系的基础上,采用分离式思想在OpenSees中建立粘结滑移精细化分析模型,并通过拉拔试件与RC梁构件的数值分析研究梁中钢筋与混凝土的粘结滑移作用,同时考虑箍筋量对构件滑移分布的影响。经过该文分析可知,该数值分析模型具有一定的合理性,能较准确的反映出粘结应力、滑移等分布的规律;通过梁构件数值分析可知,其整体性能受到粘结性能、钢筋滑移量大小及箍筋配置等的影响,箍筋的配置对构件局部滑移会产生一定的影响,但对滑移的整体分布影响并不显著。     

高温作用后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能试验研究

为了研究高温后玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)筋与海水珊瑚混凝土的残余粘结性能,对54个GFRP筋珊瑚混凝土试件及钢筋珊瑚混凝土对比试件进行了高温作用后的中心拔出试验,最高温度为350℃,混凝土强度等级考虑C20～C30。观察了高温后试件的表观变化及粘结破坏形态,获取了各试件的粘结-滑移曲线、粘结强度、粘结刚度和峰值滑移量,分析了不同温度、GFRP筋直径、海水珊瑚混凝土强度等因素对高温后GFRP筋与海水珊瑚混凝土粘结性能的影响。基于烧失率和XRD分析,剖析了GFRP筋海水珊瑚混凝土的高温劣化机制。最后,提出高温后GFRP筋与珊瑚混凝土的剩余粘结强度计算式和粘结-滑移本构模型。研究结果表明：高温作用后,尽管GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结破坏形态与常温相似,GFRP筋的碳化和珊瑚混凝土的分解使得二者界面发生显著劣化;随着温度的提高,GFRP筋与珊瑚混凝土的粘结强度逐渐降低,峰值滑移量增大;GFRP筋直径越小,高温后的剩余粘结强度和剩余粘结刚度越小;珊瑚混凝土强度等级越高,剩余粘结刚度越大,峰值滑移量越小。所提出的高温后GFRP筋与珊瑚混凝土剩余粘结强度和粘结-滑移本构关系计算结果与试验结...     

功能梯度混凝土受弯构件形成机制和力学性能研究

基于理论分析提出了一种功能梯度混凝土受弯构件，通过梯级FRP筋+钢筋混合配筋，构建同地震弯矩分布梯度相适应的构件抗弯承载能力分布梯度，使多个功能梯度段进入塑性状态，以更充分利用构件的抗震能力。功能梯度可以有效控制构件塑性的分布和发展程度，确保发生延性的破坏模式，并实现较好的损伤自恢复性。功能梯度混凝土受弯构件的变形能力大幅提高，侧向承载力增大，极限刚度降低，抗震性能显著增强。模型试验证明了功能梯度混凝土受弯构件理念的可行性及其力学效果，也验证了所提功能梯度构建方案的有效性和工程实用性。     

钢筋混凝土柱剪切粘结破坏影响因素分析

剪切粘结破坏是钢筋混凝土压弯构件一种常见的震害形式,剪切粘结破坏柱刚度退化快、延性差、滞回曲线#x0201c;捏拢#x0201d;现象明显、耗能能力差,因此,有必要进一步研究钢筋混凝土柱剪切粘结破坏的影响因素,以避免此类震害的发生。该文通过试验数据和有限元模拟分析了面积配箍率、混凝土强度、轴压比、剪跨比、纵筋直径及加载方式对钢筋混凝土柱破坏形态的影响,结果表明钢筋混凝土柱易于发生剪切粘结破坏的条件为:面积配箍率较大、混凝土强度等级较低、轴压比0.1#x02264;n#x02264;0.5、剪跨比1.25<#x003bb;<2.5、配筋率较大且纵筋直径较大、低周往复荷载作用。     

钢筋混凝土适筋板式构件的抗扭刚度

在超静定结构中,受扭构件所承担的扭矩必须根据其抗扭刚度来确定。该文对适筋纯扭板式构件的抗扭刚度进行了研究。适筋纯扭板式构件的工作曲线可理想化为四段直线组成,以(A)混凝土开裂,(B)构件裂缝全面形成、按"空间桁架"模式开始工作,(C)钢筋屈服、构件达到承载力为特征点。混凝土开裂前构件的抗扭刚度按连续均质体受扭导出,采用钢筋混凝土变角软化桁架模型(RA-STM)薄膜元理论推导出构件开裂后的抗扭刚度。通过对部分试件的计算验证,计算曲线与试验曲线吻合良好,表明该方法适用于适筋纯扭板式构件全过程抗扭刚度的计算。     

大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。     

螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能及承载力计算

为研究复合约束效应对螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱偏压性能的影响,设计并完成了30个螺旋筋约束增强钢-混凝土组合方柱(15个角钢试件、15个钢管试件)的偏心受压试验,观察了试件的破坏过程及模式,获取了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,对比分析了各变化参数对试件偏压性能指标的影响,并讨论了复合约束下2类组合柱的刚度退化规律。结果表明：组合柱偏压破坏模式分为大、小偏压破坏;内置螺旋筋可显著提升钢-混凝土柱的偏压承载力和变形性能,抗弯刚度也有所改善,但过密布置螺旋筋将导致组合柱的承载力和抗弯刚度提升程度下降;增大螺旋筋径宽比和角钢/钢管纵向配钢率能显著增大组合柱的承载力和抗弯刚度,但纵向配钢率对变形性能的影响远小于螺旋筋配箍率;螺旋筋间距减小及径宽比增大可减缓组合柱的刚度退化速率;此外,复合约束效应对角钢混凝土柱偏压性能的改善显著优于钢管混凝土柱;基于压溃理论推导的组合柱偏压承载力解析公式的计算结果与试验结果吻合较好。     

钢筋及其锈蚀对混凝土构件阻尼的影响

钢筋及其锈蚀将显著影响混凝土构件的动力特征参数。以纵筋配筋率、纵筋表面形式、箍筋间距、钢筋锈蚀率为主要参数,采用简支梁三点弯曲动态阻尼测试,研究各因素对弯曲小变形混凝土梁弹性阶段损耗因子与耗散模量的影响,探讨其作用机理,并对比分析构件刚度退化、阻尼演变随钢筋锈蚀率的变化规律。结果表明:损耗因子与耗散模量随配筋率增加先增加后减小,在配筋率为1%时达到峰值;损耗因子与耗散模量随钢筋锈蚀率增加先减小后增大,在锈蚀率为0.4%时达到最小值;损耗因子与耗散模量随箍筋间距的增大而减小;损耗因子与耗散模量按纵筋表面形式从大到小依次为月牙肋、光圆、方钢。随钢筋锈蚀率增加,阻尼比增长比刚度退化更显著,用阻尼参数探测钢筋混凝土构件的锈蚀损伤具有可行性。     

地铁车站STS新管幕构件抗弯承载力试验研究

某地铁车站采用STS新管幕结构作为初期支护。为研究新管幕构件在跨中集中静载作用下的抗弯性能,共进行8榀新管幕构件的对比试验。主要变化参数为横向连接螺栓、上下翼缘板是否焊接、连接螺栓通长、钢管间距、翼缘板厚度和混凝土强度等级。试验结果表明:下翼缘板焊接显著提高了新管幕构件的刚度和极限承载力;横向螺栓连接、翼缘板厚度加大、混凝土强度等级提高、连接螺栓通长对新管幕构件的极限承载力影响较小,但对新管幕构件的刚度影响较大;上翼缘板焊接、钢管间距减小对新管幕构件的刚度和极限承载力影响均不明显。建议给出新管幕构件正截面抗弯承载力的计算公式,计算结果和试验结果吻合较好。     

无粘结预应力钢梁桥的刚度分析

本文介绍了无粘结预应力钢梁的分析方法，建立了简支索梁的基本概念及假设和基本平衡方程。本文得到了只有曲线布置预应力束才能提高钢梁桥抗弯刚度的结论。     

高应力重复加卸载下GFRP筋与混凝土的粘结性能

对20 个GFRP 筋标准拔出试件进行了单调静力加载和高应力重复加卸载的粘结性能试验, 考察了粘结强度、加载端滑移量、粘结刚度及滞回耗能的变化规律。研究结果表明, GFRP 筋的粘结性能在等幅(Δτ=017τu ) 应力循环下表现不稳定, 在变应力幅重复加卸载下, 粘结强度衰减较为明显, 得到的包迹线和共同点曲线与单调静力加载τ s 曲线形状基本一致, 同一滑移量下共同点曲线上的粘结应力与包迹线上的粘结应力比值在0150～0. 75 变化。重复加卸载下GFRP 筋肋的损伤程度比单调静力加载下的情况更为严重, 混凝土界面没有发现劈裂裂纹。从滑移量、能量耗散和刚度衰减变化情况来看, 加载历史和损伤累积状态对这些变量的影响最为明显。      

锈蚀钢筋与混凝土粘结性能研究综述

钢筋与混凝土之间能够协同工作的主要原因之一是两者间具有良好的粘结性能,但钢筋混凝土结构在服役过程中,侵蚀性介质会进入混凝土中引起钢筋的锈蚀,造成钢混构件粘结性能退化,进而影响混凝土结构的承载能力及服役寿命。因此,通过试验角度科学地认识钢筋锈蚀作用下钢筋混凝土之间粘结性能的变化规律,对于钢混结构的先期设计及服役期间构件的寿命预测都有着极其重要的意义。对于锈蚀钢筋与混凝土之间的粘结性能研究主要采用试验的方式,如梁式试验、中心拉拔试验及偏心拉拔试验等,通过相关的试验手段,对锈蚀钢筋混凝土构件的粘结特性(主要包括粘结强度、粘结刚度、粘结滑移量和粘结力的分布)等进行了探究,并分析了影响锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的因素,主要包括箍筋、混凝土特性、钢筋特性、裂缝宽度、电加速腐蚀电流密度、腐蚀形态等,并在相关试验数据的基础上建立了钢筋混凝土的粘结滑移本构关系及锈蚀率与粘结强度的关系模型。国内外仅对锈蚀作用(不考虑外荷载作用)下的钢混构件的粘结性能开展了较为系统的研究,并取得了一定的成果。研究表明,在锈蚀率较低时钢筋混凝土构件的粘结性能有所提高,但是随着锈蚀率的继续增大,粘结强度会迅速衰减。实际工程中的钢混结构,如高铁轨道梁(杂散电流与高铁荷载)、跨海大桥(环境腐蚀与车载)等,不仅受到腐蚀的威胁,还受到外载荷等其他因素的影响。但目前对腐蚀因素与外荷载(如疲劳荷载等)作用下钢混构件的粘结性能的研究相对较少。外载荷势必会对钢混构件的粘结性能造成影响,加速粘结强度的衰减,但由于影响粘结性能的因素较多、试验操作困难等,仍然需要对钢混构件的粘结性能进行深入的研究,以推动混凝土耐久性的进一步发展。本文总结了国内外研究锈蚀钢筋混凝土构件粘结性能的试验方法,从锈蚀粘结特性、粘结滑移本构关系、腐蚀疲劳作用下的粘结性能等方面综述了国内外关于锈蚀钢筋混凝土构件的最新研究成果,分析了现阶段研究中的不足之处,以期为锈蚀钢筋混凝土粘结性能的未来研究提供参考。     

螺旋缠绕挤压肋FRP筋与混凝土间的粘结性能

纤维增强树脂复合材料(Fiber-reinforced polymer,FRP)筋的粘结性能是影响FRP筋混凝土构件力学性能的关键性因素,而目前有关带肋FRP筋表面处理工艺、几何特征等因素对粘结性能影响的研究还不足,当前主要设计规范也缺乏此方面的规定。本文以螺旋缠绕挤压肋FRP筋(简称螺旋肋FRP筋)为研究对象,通过搜集大量粘结性能试验数据,分析各主要研究变量对粘结损伤模式和粘结强度的影响规律,重点关注筋表面几何特征造成的影响,明确了螺旋肋FRP筋的粘结机制。结果表明,增大混凝土强度使粘结破坏的薄弱区域逐渐从筋与混凝土间咬合层的界面1(混凝土损伤为主)转移到界面2(纤维树脂损伤为主),同时粘结强度也增大,并且混凝土肋宽比C_LR越大,增加混凝土强度对粘结强度的提升越明显;增大相对肋高h_rd和混凝土肋宽比C_LR导致筋与混凝土间咬合层的损伤程度加大,二者的机械咬合作用增强,粘结强度也相应增加;采用多元非线性回归的方式提出了适用于螺旋肋FRP筋的粘结强度计算公式,其预测结果与试验吻合较好,预测精度远高于目前的主流设计规范,究其根...     

浅谈预应力钢筋混凝土构件抗弯性能

根据预应力混凝土的优点,预应力混凝土用于大跨度抗弯构件具有较明显的优越性,尽管实际上预应力混凝土结构在地下工程中的应用形式可以是多种多样的,但其基本结构构件主要还是抗弯构件和抗压构件两大类。本文中,笔者首先介绍了几个重要概念,由于篇幅的限制,只对预应力钢筋混凝土构件抗弯性能进行了研究。     

钢筋混凝土染粘钢加固抗裂及截面刚度研究

通过对两种不同高跨比钢筋混凝土梁在其受拉区粘钢的受弯性能试验研究,得出了通过对钢筋混凝土梁在受拉区粘钢不仅可提高受弯构件的抗弯能力,同时也可提高其截面抗弯刚度和构件抗裂度。对钢筋混凝土梁在受拉区不卸载粘钢、卸载粘钢不同情况,提出钢筋混凝土粘钢加固受变构件变形计算方法。     

BFRP筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结性能试验

为研究玄武岩纤维增强聚合物复合材料(Basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土的粘结性能，对共90个粘结试件进行中心拉拔试验，研究了筋材表面形貌、混凝土强度等级等因素对粘结性能的影响。试验结果表明：对筋材表面进行喷砂、缠绕纤维和螺纹处理能显著提高粘结性能，深螺纹环氧树脂BFRP筋与65 MPa低碱度硫铝酸盐水泥混凝土的粘结强度高达39.09 MPa，远大于光滑BFRP筋的13.32 MPa。强度等级对BFRP筋-低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结试件的粘结强度的影响更明显，此外BFRP筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结性能高于普通硅酸盐混凝土。最后，通过Cosenza-ManfrediRealfonzo(CMR)模型和修正后的Bertero-Popov-Eligehausen(mBPE)模型)对BFRP筋-混凝土粘结试件的粘结滑移(τ-s)曲线进行拟合，发现CMR模型对粘结滑移曲线的上升段拟合效果较好，清晰准确地反映了其粘结-滑移本构关系，为研究BFRP筋增强硫铝酸盐水泥混凝土结构的力学性能提供了关键理论依据。