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.     

配筋超高性能混凝土梁受弯性能及承载力研究

对4根跨高比为16的配筋超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete,简称UHPC）简支梁进行了受弯性能试验及受弯承载力分析,试件变化参数为钢纤维体积掺量和纵向受拉钢筋配筋率。试验结果表明:钢纤维体积掺量从3%提高到5%时,试件的开裂荷载提高了6.0%~11%,极限荷载仅提高了1.4%~2.5%;纵筋配筋率为3.21%的梁发生适筋破坏,配筋率为6.74%的梁发生部分超筋破坏;增加纵筋配筋率可显著提高UHPC梁的受弯承载力（提高34.9%~36.5%）。基于截面平衡条件、平截面假定以及UHPC和钢筋材料本构关系,建立了UHPC梁受弯承载力计算模型,受弯承载力计算值与试验值吻合较好。     

圆管翼缘钢-混凝土新型组合梁负弯矩区力学性能试验研究

为研究圆管翼缘组合梁负弯矩区的力学性能,进行了5根简支组合梁负弯矩作用下的静力加载试验,分析了试验梁的变形、应变发展规律。依据试验梁承载能力极限状态下的受力特性,采用简化塑性理论推导了圆管翼缘组合梁负弯矩区纯弯、纯剪承载力的计算公式,比较了公式对试验梁极限承载力的计算精度。对比EC4、GB 50917-2013、ASCE及Liang等公式的弯剪相关关系及对试验梁极限承载力的计算结果,提出了圆管翼缘组合梁负弯矩区弯剪相关承载力的适用计算公式。研究结果表明:试验梁在试验过程中表现出良好的稳定性和延性性能,最终破坏时伴随发生了局部剪切屈曲、下翼缘侧向屈曲、梁端腹板压屈及钢梁整体弯扭屈曲等4种典型破坏形态;当混凝土翼板受拉开裂后,不计混凝土抗剪作用的计算弹性剪应变分布较为符合实测剪应变曲线;受高剪力、高弯矩相关效应影响,计算负弯矩区圆管翼缘组合梁承载力时应考虑弯剪相关作用;GB 50917-2013给出的弯剪相关关系对试验梁极限抗弯承载力的计算平均值为96%,是综合计算精度与结果安全性的较适用公式。建议在应用所提纯弯、纯剪承载力公式的基础上,采用GB 50917-2013的弯剪相关公式计算负弯矩区圆管翼缘组合梁的弯剪相关承载力。     

二次受力下自密实混凝土加固RC梁受弯性能研究

为模拟实际工程中加固构件的真实承载能力,实验在原混凝土构件持续受荷状态下,采用自密实混凝土对构件进行加固、养护。共进行了7根二次受力下自密实混凝土加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验,研究了不同初始受力水平、不同加固厚度及不同界面处理方式对加固钢筋混凝土梁抗弯承载力和截面刚度的影响。试验量测了构件裂缝分布形态、荷载-挠度曲线、钢筋应变发展规律等。结果表明:采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁,能有效地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力、截面刚度等性能;二次受力下自密实混凝土加固梁抗弯承载力随着初始受力水平的增大而降低。在试验结果的基础上,基于平截面假定,提出了二次受力下自密实混凝土加固梁钢筋滞后应变及抗弯承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

预应力连续组合梁负弯矩区抗弯承载力分析

预应力钢-混凝土连续组合梁具有承载力高、变形小等诸多优点,作为一种新型的横向承重构件,在工程中得到了广泛的使用。其负弯矩区承载能力计算与变形分析是其设计的关键,目前规范还是空白。因此,有必要对其刚度、变形及抗弯承载力进行研究。该文基于换算截面法,引入混凝土参与受拉工作的程度系数,确定了组合梁截面抗弯刚度,进而推出了预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化塑性理论,得到了负弯矩区的极限抗弯承载力计算方法;研究表明连续组合梁能够显著提高截面刚度与减少开裂。该文公式计算结果与实测值均吻合较好,满足工程精度要求。     

免拆UHPC模板RC梁受弯性能试验及承载力分析

对4根免拆超高性能混凝土（UHPC）模板钢筋混凝土（RC）梁和2根RC梁进行了受弯性能试验,试件变化参数为配筋率和保护层厚度,重点研究免拆UHPC模板RC梁的受力性能以及模板与后浇混凝土的剥离情况。结果表明:从开始加载到峰值荷载点,免拆UHPC模板与后浇混凝土界面没有发生任何滑移及剥离;峰值荷载后至构件破坏时,预制UHPC模板与后浇混凝土界面出现轻微剥离;免拆UHPC模板RC梁的开裂荷载较普通RC梁提高了近50%,屈服荷载、极限荷载提高约为10%。基于截面平衡条件、平截面假定以及UHPC、混凝土、钢筋的本构关系,建立了免拆UHPC模板RC梁的受弯承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合较好。     

混合配筋钢纤维增强混凝土梁受弯承载力试验及理论计算

为研究玻璃纤维增强聚合物复合材料(GFRP)筋与普通钢筋混合配筋钢纤维增强混凝土(SF/混凝土)梁的受弯性能及其受弯承载力计算方法,在考虑受拉区混凝土抗拉强度的基础上,给出混合配筋SF/混凝土梁的界限配筋率及受弯承载力计算公式;在此基础上设计制作了三种配筋方式的SF/混凝土梁,重点探讨了混合配筋率及筋材面积比(A_f/A_s)对试验梁失效模式和受弯承载力的影响;同时,借助已有相关试验结果,对比分析了混凝土强度对混合配筋SF/混凝土梁受弯性能的影响。试验和对比分析结果表明:混合配筋SF/混凝土梁正截面应变仍符合平截面假定;相同配筋形式下,混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力和跨中挠度随筋材面积比A_f/A_s的增加而增大;单层配筋梁的受弯承载力比双层配筋梁大;合理提高混凝土强度可在充分发挥GFRP筋抗拉作用的同时进一步提高混合配筋SF/混凝土梁的受弯承载力;采用本文给出的界限配筋率公式能有效预测混合配筋SF/混凝土梁的失效模式;梁受弯承载力建议公式的预测值与试验值吻合较好,具有良好的适用性。      

新型外包钢混凝土组合梁抗扭的试验及分析

共进行了5根新型外包钢-混凝土组合梁的扭转试验,其中2根用于研究纯扭性能,3根用于研究复合受扭性能。测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,外包钢的应变分布及混凝土的应变分布。试验和分析结果表明:新型组合梁的受扭承载力由混凝土翼板以及外包钢与混凝土翼板组成的箱型梁两者共同承担。弯扭比是影响构件受扭承载力的重要因素。当其它条件相同,弯扭比在3左右时,组合梁受扭承载力达到最大。该文对组合梁受扭性能进行了弹塑性理论分析,提出了组合梁纯扭及复合受扭作用下开裂扭矩的计算公式。采用变角空间桁架模型,提出了该新型组合梁在纯扭及复合受扭作用下发生扭型破坏时的极限扭矩计算公式。理论公式计算结果与试验结果吻合良好。     

再生混凝土梁挠度计算方法研究

对再生混凝土梁进行了正截面弯曲性能试验.结果表明,再生混凝土梁挠度随着纵向钢筋配筋率和混凝土强度的增加而减小,再生混凝土梁实测挠度较普通混凝土结构设计规范计算值大10%左右.依据普通混凝土受弯构件挠度计算理论,通过试验回归出再生混凝土梁刚度公式中的3个系数,从而建立了再生混凝土梁挠度计算方法.国内外有关试验数据验算表明...     

HRB600级钢筋高强混凝土无腹筋梁受剪试验研究

为了解配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁受剪性能,以纵筋配筋率、混凝土钢纤维掺量为变化参数,对5根配置HRB600级纵筋的无腹筋梁进行了受剪试验,对比分析了各试验梁的斜截面承载力、荷载-挠度曲线、裂缝宽度和破坏特征。研究结果表明:随着纵筋配筋率的提高,HRB600级钢筋高强混凝土梁的开裂荷载和斜截面极限荷载增大,斜裂缝宽度减小;钢纤维可以有效地提高高强混凝土梁的斜截面开裂荷载,限制斜裂缝的产生与发展;随着钢纤维掺量的增加,高强混凝土梁的受剪承载力增大;使用现行混凝土结构设计规范和纤维混凝土结构技术规程对配置HRB600级纵筋的高强混凝土梁和钢纤维高强混凝土梁的斜截面受剪承载力进行设计计算,其结果是偏于安全的。     

型钢高强高性能混凝土梁抗弯性能试验研究

基于10榀型钢高强高性能混凝土简支梁的抗弯试验,观察了诸试件的破坏过程、裂缝开展模式及破坏形态,得到了型钢高强高性能混凝土梁的典型荷载-挠度曲线及混凝土、型钢沿截面高度的应变分布规律,分析了一般弯曲破坏和弯曲劈裂破坏模式下梁的破坏机理,揭示了影响梁抗弯性能的主要因素,探讨了混凝土强度等级、含钢率、翼缘宽度比(型钢翼缘宽度和梁截面宽度的比值)及剪切连接方式对梁抗弯性能的影响规律。研究将为型钢高强高性能混凝土梁相关计算理论的建立提供试验数据及理论依据。     

Experimental and analytical investigation of reinforced high strength concrete continuous beams strengthened with fiber reinforced polymer

Carbon and glass fiber reinforced polymer (CFRP and GFRP) are two materials suitable for strengthening the reinforced concrete (RC) beams. Although many in situ RC beams are of continuous constructions, there has been very limited research on the behavior of such beams with externally applied FRP laminate. In addition, most design guidelines were developed for simply supported beams with external FRP laminates. This paper presents an experimental program conducted to study the flexural behavior and redistribution in moment of reinforced high strength concrete (RHSC) continuous beams strengthened with CFRP and GFRP sheets. Test results showed that with increasing the number of CFRP sheet layers, the ultimate strength increases, while the ductility, moment redistribution, and ultimate strain of CFRP sheet decrease. Also, by using the GFRP sheet in strengthening the continuous beam reduced loss in ductility and moment redistribution but it did not significantly increase ultimate strength of beam. The moment enhancement ratio of the strengthened continuous beams was significantly higher than the ultimate load enhancement ratio in the same beam. An analytical model for moment–curvature and load capacity are developed and used for the tested continuous beams in current and other similar studies. The stress–strain curves of concrete, steel and FRP were considered as integrity model. Stress–strain model of concrete is extended from Oztekin et al.’s model by modifying the ultimate strain. Also, new parameters of equivalent stress block are obtained for flexural calculation of RHSC beams. Good agreement between experiment and prediction values is achieved.     

预应力型钢超高强混凝土梁受剪承载力试验研究

基于12榀预应力型钢超高强混凝土简支梁和2榀预应力型钢普通强度混凝土简支梁的受剪试验,揭示了影响试验梁受剪性能的主要因素,探讨了剪跨比、箍筋间距、腹板厚度、混凝土强度和预应力度对试验梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、斜截面开裂荷载和受剪承载力的影响规律。试验结果表明:预应力型钢超高强混凝土梁具有更好的受剪承载力和剪切延性,以及更大的刚度;基于试验结果建立了预应力型钢超高强混凝土梁的受剪承载力建议计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,表明了该文提出的计算公式具有较高的精度。研究成果将为预应力型钢超高强混凝土梁的设计计算和工程应用提供理论依据。     

FRACTURE ENERGY OF WEAKLY REINFORCED CONCRETE BEAMS

Abstract— An experimental investigation was conducted on a series of simply supported concrete beams with an aim to determine the fracture energy of the composite beam and apply the concept of fracture mechanics to predict flexural strength. In order that a single crack from the tip of the premolded central notch would propagate, the beams were lightly reinforced with a large cover so that the moment capacity of the beam as unreinforced section would be greater than that of the reinforced section. Based on test data, compliance calibration and energy release rate ( G ₁) curves are presented for progressive cracking and a correlation between the critical energy release rate and ultimate moment capacity is suggested.     

Mechanical behaviour of corroded reinforced concrete beams—Part 1: Experimental study of corroded beams

Steel corrosion in reinforced concrete leads to crack occurrence along the reinforcement (secondary cracks), to a reduction in bond strength and a reduction in steel cross section. The purpose of this study is to determine the effect of these deteriorations on the global behaviour of reinforced concrete structural elements in their service and ultimate states. Mechanical experimentation was carried out on fourteen-year-old reinforced concrete beams, on two control elements and two corroded beams. A comparative analysis of the results obtained on the beams showed that concrete cracking in the compressive area had no significant influence on the behaviour in service of the corroded elements. However, significant modifications of service behaviour were observed, due to the degradations in the tensile zone, namely: loss of bending stiffness, dissymmetrical behaviour. Finally, the measure of the residual steel cross-section of the corroded re-bars showed that the loss of bending stiffnes due to steel corrosion cannot be merely explained in terms of steel cross-section reduction. Concerning the ultimate behaviour, the loss of steel cross-section is the main parameter which leads to a reduction of bearing capacity and ductility. Another part will explain the separate and coupling effects of bond strength and steel cross-section loss on the mechanical behaviour of corroded beams.     

钢丝网复合砂浆加固混凝土受弯构件非线性分析

对用钢丝网复合砂浆加固的钢筋混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究。试验包括16根用钢丝网加固的梁和两根未加固的对比梁,采用U形三面的加固方式(钢丝网复合砂浆包裹了梁的受拉面及两个侧面)。试验中对比了加固与未加固构件的裂缝开展情况、跨中挠度以及极限荷载。试验结果表明,钢丝网复合砂浆薄层可以明显地提高钢筋混凝土梁的抗弯承载力,提高抗裂性能,增强构件的抗弯刚度。理论部分采用非线性的方法得到加固构件的荷载-挠度曲线,与试验结果比较,有较好的吻合。     

基于MCFT理论的钢纤维混凝土梁的截面分析

根据钢纤维混凝土的特性,对MCFT理论的裂后混凝土平均主应力-平均主应变关系进行了修正。在Vecchio和Collins对钢筋混凝土板在纯剪作用下截面分析的基础上,叠加了弯矩的作用,建立了钢纤维混凝土梁在弯剪复合作用下的截面分析模型。利用作者以及其他研究者的试验对该模型进行了验证,结果表明计算得到的钢纤维混凝土梁的剪力-箍筋应变曲线和极限荷载与实测结果吻合良好。该文还利用该模型对钢纤维和箍筋对梁抗剪性能的影响效率进行了比较。     

连梁骨架曲线与滞回特性研究

连梁作为剪力墙的主要耗能构件,对结构在罕遇地震作用下的抗震性能具有很大影响。该文主要着眼于连梁在往复荷载作用下的受力特点与极限变形能力,对国内外47个连梁模型试验结果进行较为深入的分析。连梁的破坏形态与其配筋形式密切相关。受到混凝土交叉裂缝以及钢筋滑移等影响,平行配筋连梁的滞回曲线捏拢严重。对于小跨高比连梁,通过配置对角斜筋或综合配筋等方式,可改善连梁的耗能性能。该文引入弯矩-变形角表征连梁内力与变形的关系,可以综合考虑弯曲变形、剪切变形、混凝土开裂以及钢筋滑移等因素的影响。连梁最大变形角与跨高比、配箍特征值和剪箍比的相关性分析结果表明,配筋形式对连梁极限变形能力的影响不大。基于连梁在往复荷载作用下试验结果得到连梁的标准骨架曲线,与我国相关设计规范对连梁的要求保持一致,便于在实际中工程应用。通过假定卸载刚度与加载刚度相同、滞回曲线包裹面积相等的方法,确定滞回曲线的捏拢控制参数,得到的连梁简化滞回曲线与试验结果符合良好。     

Experimental study on shear resistance of reactive powder concrete beams without stirrups

Abstract

The tests results of 18 longitudinally reinforced reactive powder concrete (RPC) beams without stirrups and subjected to combined flexural and shear are presented in this paper. The main test variables were the ratio of the shear span-to-effective depth (a/d), the ratio of the longitudinal reinforcement (ρ_w), the percentage of steel fibers volume fractions (V_f) and the percentage of silica fume (SF) powder. The findings of this paper reveal that addition of steel fibers into the RPC mixture does not considerably affect the initial diagonal cracking load but it influences the ultimate load capacity. For all tested fibrous RPC beams, the ratio of the ultimate shear force to diagonal cracking force (V_u∕V_cr) have an average ratio of about 2.5. The shear design equations recommended by the (ACI 318-14) code, (CSA A23.3-04) code, (NZS 3101-06) code and (BS 8110-97) code have been modified to predict the ultimate shear strength of RPC beams without stirrups. The suggested equations gave satisfied predictions for the shear strength of the tested RPC beams with coefficients of variation (COV) ranging from 0.09049 to 0.1817.