结合均匀化理论对钢纤维混凝土梁的疲劳性能分析

钢纤维混凝土(SFRC)在工程中应用日益广泛,为了探究其疲劳破坏现象内在机理,本文结合Mori-Tanaka均匀化理论预测了不同体积掺量下钢纤维混凝土的弹性模量,并以此为基础建立钢纤维混凝土梁四点弯曲有限元模型,采用Miner疲劳损伤准则,分别进行了静力抗弯试验和疲劳试验的数值模拟。模拟结果与相关试验结果拟合较好,验证了模型的可靠性。利用疲劳分析软件,预测了钢纤维混凝土梁的疲劳寿命和疲劳强度,分析了纤维掺量、尺寸效应和纤维长度对疲劳寿命的影响。结果表明:钢纤维可以大幅提高混凝土梁的疲劳寿命,应力水平越低、纤维掺量越大,增幅越大;尺寸效应对疲劳强度和疲劳寿命有一定影响,但随着构件尺寸增加对疲劳性能影响减小;纤维长度越长,梁的抗疲劳性能越好。     

钢纤维高强混凝土断裂韧度及影响因素

通过钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,探讨了相对切口深度（a0/h）、粗骨料最大粒径（dmax）、水灰比（W/C）和钢纤维体积率（ρf）等因素对钢纤维高强混凝土断裂韧度（KfIC）和断裂韧度增益比（KfIC/KIC）的影响。结果表明：ρf一定时,KfIC随a0/h的增加逐渐减小,随dmax的增加呈增大趋势,随W/C的减小逐渐增加;a0/h一定时,KfIC随ρf的增加逐渐增大;钢纤维能够显著提高高强混凝土断裂韧度,KfIC/KIC大于1;影响因素不同,KfIC/KIC变化趋势不同。在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土断裂韧度计算模式。     

碱式硫酸镁水泥钢筋混凝土梁静力荷载和疲劳性能试验研究

为了研究碱式硫酸镁水泥钢筋混凝土梁的静力和疲劳性能,分别制备了C30、C40和C50三种强度等级的碱式硫酸镁水泥(BMSC)和普通硅酸盐水泥(PO·C)钢筋混凝土梁试件.试验结果表明,钢筋混凝土梁试件跨中挠度随着静力荷载的增加而增加.C40(BMSC)和C50(BMSC)的极限承载力分别为33 kN和38 kN,相比C40(PO·C)、C50(PO·C)的19 kN和21 kN分别提高了73.7％和81％.说明,高强度等级的BMSC试件具有较高的承载能力.在疲劳荷载的作用下,试件挠度值随着疲劳次数的增加呈下降趋势.高强度等级的BMSC试件疲劳循环寿命要多于PO·C试件,且强度等级越高,越为明显.此外,BMSC试件跨中挠度小于PO·C试件.说明,BMSC试件的刚度较大,抵抗变形的能力好.BMSC试件裂缝宽度发展包括三个阶段:快速发展阶段、稳定阶段和破坏阶段.碱式硫酸镁水泥完全能够用于制作钢筋混凝土构件,且性能更加优异,本文为碱式硫酸镁水泥混凝土能够大规模应用于结构工程提供了重要理论依据.     

锈蚀后体外加固梁疲劳性能分析

针对12根由实际工程缩尺,并按不同腐蚀率进行处理后的模型梁,采用体外预应力钢绞线加固方式,分别进行静载试验和等幅疲劳试验研究,进一步了解模型梁在不同锈蚀程度下,体外预应力加固对结构疲劳性能的影响.结果显示:体外预应力钢绞线加固方式可以改善试验梁的抗腐蚀疲劳性能,有效防止严重锈蚀梁发生脆性破坏,使锈蚀梁的疲劳寿命得到明显提高;随着锈蚀程度的不断增加,体外预应力加固对构件的承载力和抗弯刚度的提高幅度不断增大;通过引入锈蚀与疲劳作用的刚度修正系数,提出了疲劳荷载作用下,锈蚀后混凝土梁经过体外预应力加固的跨中挠度计算公式,为实际工程的应用提供参考.     

钢纤维高强混凝土弯曲韧性的研究

通过高强混凝土和钢纤维高强混凝土小梁的弯曲韧性实验,研究了钢纤维体积率和钢纤维类型对钢纤维高强混凝土弯曲韧性及其弯曲韧度指标的影响。根据实验得到的荷载-挠度曲线,按照我国现行的CECS13：89钢纤维混凝土实验方法计算了弯曲韧度指数和承载能力变化系数,其计算值随着钢纤维体积率的增大而增大,且大于与初裂点相对应的理想弹塑性材料的相应值。实验表明：以理想弹塑性体的承载能力变化系数为基准来评定钢纤维高强混凝土的弯曲韧性是否合适还有待于进一步的研究。     

碱溶液疲劳耦合作用下BFRP布加固损伤钢筋混凝土梁抗弯试验研究

基于桥梁结构所处环境的复杂性及所承受荷载的特殊性,试图探索碱溶液环境和疲劳荷载耦合作用下BFRP布加固既有损伤混凝土性能,开展了粘贴二层玄武岩纤维布加固,pH值分别为7、9、10的溶液环境和等幅疲劳耦合作用下损伤RC梁的抗弯试验研究。试验结果表明,即使在碱溶液环境和疲劳荷载耦合作用下,BFRP布仍能提高损伤RC梁极限承载力和抗弯刚度;相同疲劳次数下,在pH=9的溶液环境中,作用90d的加固梁比作用60d的加固梁挠度增加了23.13%;其他参数相同情况下,pH=7、pH=10的试验梁较未经环境作用试验梁抗弯强度分别降低10.06%、21.15%,可见,随着碱溶液浓度的增加、作用时间的延长,RC梁极限承载力、抗弯刚度、抗疲劳等性能显著下降;最后以试验梁挠度变化作为疲劳损伤指标,拟合出了考虑pH值、疲劳次数混凝土加固梁变形模量表达式。     

梁压区边缘设置碳纤维板抗弯承载力试验研究

对2根受压区设置CFRP板的钢筋混凝土适筋梁进行静载四点弯曲试验,分别为在受压区设置一层CFRP板和二层CFRP板.实测轴向荷载-挠度关系曲线,分析加固梁的受压破坏形式、受压区设置CFRP板对适筋梁抗弯承载力、挠度以及应变的影响规律,同时进行1根普通钢筋混凝土适筋梁的静载试验,与受压区设置CFRP板的适筋梁进行比较,最后验证CFRP板加固混凝土构件应考虑CFRP板受压性能对构件承载力的提高作用,并推导出受拉面和受压面粘贴CFRP板加固的矩形截面受弯构件的正截面承载力计算公式.     

三点弯曲下钢纤维高强混凝土的断裂性能

通过50个尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,研究钢纤维体积率对高强混凝土有效裂缝长度、断裂韧度和临界裂缝张开位移的影响.结果表明:随着钢纤维体积率的增加,钢纤维高强混凝土断裂韧度增益比基本呈线性增加,临界裂缝尖端和临界裂缝嘴张开位移分别呈指数型增加.有效裂缝长度趋于稳定值,基本不受钢纤维体积率变化的影响.在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土有效裂缝长度、断裂韧度和临界裂缝张开位移的计算公式.     

BFRP筋钢纤维再生混凝土梁抗弯性能试验研究

为了研究不同钢纤维体积掺量vsf(0. 5%、1%、1. 5%、2%),纵筋配筋率ρ,再生骨料取代率R(0、50%、100%)对BFRP筋钢纤维再生混凝土梁(BFRP-SFRAC梁)抗弯性能的影响,本文对9根BFRP-SFRAC梁和1根钢筋钢纤维再生混凝土梁(对比梁)进行了抗弯试验,分析了其破坏形态、承载力变化过程及挠度变形等情况。结果表明:BFRP-SFRAC梁在达到极限承载力后,其荷载-挠度曲线下降段平滑,表现出较好的延性特征。BFRP-SFRAC梁的抗弯承载力受配筋率ρ和钢纤维体积掺量vsf的影响较大,受再生骨料取代率R的影响较小。随着钢纤维体积掺量vsf的增加,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载和极限荷载均增加,但并不一直呈线性增长,而挠度变形有所减小。与对比梁相比,BFRP-SFRAC梁的初裂荷载略低,但极限荷载却明显提高。     

定向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能研究

通过不同预制裂缝位置的三点弯曲梁断裂试验,研究了定向及普通乱向钢纤维水泥基材料Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的断裂特性.利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线以及荷载-挠度曲线,分析了钢纤维水泥基材料复合型裂缝扩展的全过程.结果表明,定向钢纤维水泥基复合材料的断裂性能明显优于普通乱向钢纤维水泥基复合材料;在本试验裂缝偏移距离范围内(0～100 nm),随着预制裂缝偏移距离的增加,起裂角、起裂荷载、峰值荷载逐渐增大,而断裂能逐渐降低;随着起裂角的增加,定向钢纤维水泥基材料的增强效果有所降低,当起裂角达到33°～43°,降低幅度较为明显.     

玄武岩纤维钢筋混凝土梁弯曲性能试验研究

通过玄武岩纤维钢筋混凝土梁四点弯曲试验,分析其破坏形态和破坏机理.通过四点对称加载方式研究不同玄武岩纤维掺量下梁的承载力、挠度、韧性、混凝土应变、钢筋应变等变化规律.试验结果表明:玄武岩纤维掺入对钢筋混凝土梁的开裂荷载和极限荷载都有一定的提高,开裂荷载最大提高幅度为32％,极限荷载最大提高幅度为6.5％.与普通钢筋混凝土梁相比玄武岩纤维钢筋混凝土梁的挠度、韧性均有所提高.玄武岩纤维对梁的受压区混凝土具有阻止裂缝扩展的能力,当梁上部受压区混凝土被压碎时,混凝土碎块会在纤维的桥接作用下不剥落,梁仍保持较好的整体性.     

基于分形理论和扩展有限元法的钢纤维混凝土损伤破坏机理

为研究钢纤维混凝土损伤破坏过程和裂纹发展演化机理,基于分形理论和扩展有限元法,建立钢纤维混凝土立方体抗拉试验细观有限元模型和切口梁三点弯曲试验有限元模型,以相关试验测试结果为基础,比较验证了所建有限元分析模型的可靠性。以裂纹分形维数表征钢纤维混凝土损伤演化过程,考察不同钢纤维体积掺量和长度、粗骨料形状等重要因素对钢纤维混凝土损伤演化过程的影响。结果表明,基于裂纹分形维数的损伤值可以较好地反映钢纤维混凝土的损伤演化过程及特征,钢纤维体积掺量、长度的增加和骨料形状的不规则化会延缓钢纤维混凝土立方体试件的损伤演化过程,钢纤维体积掺量、初始裂纹距跨中距离的增加和初始裂纹缝高比的减小可在较小程度上延缓钢纤维混凝土切口梁的损伤演化过程。     

混杂钢纤维超高性能混凝土梁裂缝分形理论研究

混凝土梁在受弯过程中表面裂缝分布及演化的宏观特征可以反映其受弯性能,本文基于不同废旧轮胎钢纤维(WTSF)取代率的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁受弯试验结果,利用分形理论分析试验梁表面裂缝开展情况。结果表明,BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土梁表面裂缝分布具有分形特征,满足自相似性,分形维数的变化区间为[0.892,1.064]。探讨了梁表面裂缝分形维数与施加荷载值、WTSF取代率、跨中挠度和最大裂缝宽度之间的关系,并分别拟合了WTSF取代率与完全破坏状态下全梁区和纯弯段分形维数的函数关系。分形维数与施加荷载值、跨中挠度和最大裂缝宽度均呈对数函数关系,完全破坏状态下,WTSF取代率变大会增大梁表面裂缝的分形维数,但总体来说不利影响并不明显,研究结果可为超高性能混凝土的工程实际应用提供参考。     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明：钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%～33%,抗弯性能提升了4%～21%,延性提升了22%～89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

聚丙烯纤维混凝土-沥青混凝土复合切口梁弯曲韧性研究

对旧沥青路面进行铣刨处理后,加铺的白色罩面层多采用纤维混凝土,为了研究聚丙烯纤维和沥青层表面凿毛处理对复合切口梁弯曲韧性的影响,采用掺加聚丙烯纤维和对沥青层表面凿毛处理的高性能混凝土-沥青混凝土(AC-13)复合切口梁进行三分点加载试验,得到了荷载与挠度、裂缝张开距离之间的关系曲线,并对复合梁的抗折强度、能量吸收值、等效抗弯拉强度进行了计算.结果表明,聚丙烯纤维与凿毛处理均能提高复合切口梁的弯曲性能,聚丙烯纤维的掺加提高了复合梁的抗折强度,每当聚丙烯纤维掺量的增加0.45时,feq1、feq2大约增加0.035 MPa,混凝土的能量吸收值也增加8%左右;凿毛处理大幅度提升了等效弯拉强度,等效弯拉强度feq1、feq2分别提升了0.05 MPa、0.03 MPa,凿毛处理对feq1的提升效果比feq2更明显,使得复合梁的能量吸收值平均提升了20%.     

不同加固方式对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

以我国某条高速公路的改扩建工程中的预应力钢筋混凝土梁为原型,通过缩尺模型,设计了3根试验梁,主要研究了CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法对桥梁结构弯曲性能的影响,分析了试验梁极限承载力的变化,梁体的挠度,混凝土、钢筋及加固材料的应变,裂缝数量及发展情况等.试验结果显示:CFRP布加固法和预应力钢绞线加固法均能有效提高梁体的承载能力;CFRP布加固法通过分散受拉区混凝土所受的拉应力,限制混凝土裂缝的发展;预应力钢绞线加固法约束梁体弯曲变形的效果非常明显,可以有效减小梁体的挠度.     

内埋碳纤维砂浆调节混凝土梁承载能力的试验研究

基于碳纤维水泥基材料的电热效应,通过内埋碳纤维砂浆块对普通混凝土梁进行变形调节,获得了相应的温度-变形规律.在此基础上实施了对混凝土梁预加反向变形,使混凝土梁内部产生预应力,从而提高了混凝土梁达到相同挠度时的承载能力.