碳纤维布加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论分析

对碳纤维布(CFS)加固的弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行理论分析。文中针对4根CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能的模型试验,基于修正的斜压场理论,集中考虑剪扭应力相加面的应力分布,并将混凝土软化系数提高25%,建立CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的抗扭承载力的计算方法。通过对4根箱梁试件的极限抗扭承载力的理论计算,并将计算结果与模型试验结果进行对比和分析,发现两者符合较好,其比值的平均值为0.9215,标准差为0.0320,变异系数为0.0347;对箱梁试件的试验破坏截面与理论破坏截面位置不一致的现象给出很好的解释;并与其他计算方法所得的计算结果取得一致。最后得出结论:修正的斜压场理论模型概念明确、安全可靠,可以作为CFS加固弯剪扭复合受力的钢筋混凝土箱梁的极限抗扭承载力的设计计算方法。     

钢筋混凝土压弯剪扭构件的抗扭强度研究

本文通过在压、弯、剪、扭复合受力下14个试件的试验,讨论了构件的破坏形态。根据变角空间桁架模型建立了压、弯、剪、扭强度相关方程,理论值和实验值符合较好。在此基础上,结合《混凝土结构设计规范》,建立了实用抗扭强度计算公式,它也可以用于压、弯、扭共同作用下的抗扭强度计算,计算结果偏于安全。     

钢—混凝土组合箱梁的抗扭强度

共进行了9根钢-混凝土组合箱梁的扭转试验,其中4根用于研究纯扭性能.5根用于研究弯扭性能,初步掌握了该类型梁的抗扭机理.组合箱梁截面通过两种机制抵抗截面扭矩:U形钢梁和混凝土翼板组成的组合箱形截面(称为组合抗扭),及混凝土翼板开裂后形成的等效箱形截面(称为混凝土翼板抗扭).组合箱梁在扭转中,截面上存在组合作用,即混凝土翼板和钢梁间存在相互约束作用.U形钢梁的抗扭贡献在于:它不仅作为组合箱形截面的重要组成部分,自身承担较大的扭矩,而且向混凝土翼板提供纵向约束,抑制混凝土裂缝的开展.在试验分析的基础上,采用钢筋混凝土变角软化桁架模型,建立了适于分析钢-混凝土组合箱梁复合弯扭强度的三维桁架模型.该模型充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程,可以较准确地用于预测组合箱梁的极限强度.此外,还对组合箱梁的弯扭相关强度进行了研究.     

CFRP钢筋混凝土箱梁性能研究

CFRP是一种新型高性能材料,已作为加固钢筋混凝土构件的重要材料,拥有较好的物理、力学性能,且施工工艺成熟和加固混凝土构件时占用空间较少等优点。本研究对CFRP加固钢筋混凝土箱梁在复合受力下展开弯扭承载力试验,试验结果得出:箱梁试件表面开裂之前,对加固箱梁试件与未加固箱梁试件进行对比分析,箍筋剪应变差异很小,但是表面开裂之后,加固材料的效果得到充分体现;对箱梁进行U型加固方式是抗扭承载力提高的主要因素,在改善箱梁试件的极限扭矩方面,横向U型CFRP加固效果比纵向CFR P加固效果更为显著。     

高强钢筋混凝土复合受扭构件的延性分析

对压弯剪扭复合受力下,23根高强钢筋混凝土柱模型进行了试验研究,并结合9根普通强度钢筋混凝土柱的复合受扭试验数据,对压弯剪复合受扭构件的延性性能进行了综合分析。探讨了轴压比、相对偏心距、混凝土强度、加载方式及纵筋与箍筋配筋强度比等参数对复合受扭构件延性的影响。分析了以上各参数对构件的初始刚度、开裂刚度和极限刚度的影响及其变化规律。为钢筋混凝土柱的抗震设计提供了理论依据。     

纤维网格复合超高性能混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究纤维网格复合超高性能混凝土（UHPC）加固钢筋混凝土梁的抗剪性能，对2根UHPC加固梁、4根纤维网格复合UHPC加固梁及2根未加固梁进行静力试验，研究剪跨比、UHPC厚度和纤维网格层数对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及延性的影响。结果表明：采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固，可以明显改善梁的破坏形态，提高梁的受剪承载力；采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固，可以显著提高梁的开裂荷载，提升幅度为150%～216%；采用纤维网格复合UHPC加固的梁，延性系数大幅增加。最后，利用桁架-拱模型，推导了纤维网格复合UHPC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式，计算值与试验值吻合较好。     

角钢桁架型钢混凝土梁纯扭性能试验研究

为了研究角钢桁架型钢混凝土梁在扭矩作用下的受力性能,进行了6根角钢桁架型钢混凝土梁和1根钢筋混凝土对照梁纯扭试验。通过试验研究,揭示了角钢桁架型钢混凝土梁在纯扭作用下的受力机理与破坏形态,分析了角钢桁架型钢混凝土梁受扭性能的影响因素。试验结果表明,角钢桁架型钢混凝土梁比普通钢筋混凝土梁的抗扭性能有很大的提高,大体上随着腹杆体积配钢率的提高而增大,其中增加斜腹杆试件的抗扭性能最好。     

在弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的碳纤维布加固RC箱梁抗扭性能试验研究

为研究碳纤维布加固弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能,共设计制作了4根钢筋混凝土箱梁试件,其中3根采取碳纤维布加固、1根不加固作为对比试件。试验在自行研制的扭转试验装置上进行,对箱梁试件同步施加弯矩、剪力和反复扭矩作用。以加固方式和加固数量为主要研究参数,分析了箱梁试件的破坏机理、承载能力、变形能力和滞回性能等。通过各箱梁试件的碳纤维布和钢筋的应变变化规律,探讨了碳纤维布加固箱梁的抗扭工作机理;通过测得的各试件的扭矩-扭转角滞回曲线和骨架曲线,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的抗扭恢复力模型。从而为碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁抗扭性能的理论研究和工程应用提供了重要的依据。     

玻璃纤维片材加固混凝土梁的抗剪试验研究

进行了 1 3根玻璃纤维 (GFRP)片材加固混凝土梁和 2个对比混凝土梁的抗剪性能试验研究 ,分析了GFRP加固梁的抗剪性能。试验结果表明 ,粘贴GFRP片材可以有效地提高梁的抗剪承载力 ,GFRP片材的受力机理和箍筋相同 ,加固梁的抗剪承载力取决于GFRP片材的有效应变。根据试验结果 ,提出了GFRP片材有效应变的计算公式 ,并依据混凝土规范的计算模型 ,提出了加固梁的抗剪承载力计算公式     

钢筋混凝土构件承载力统一计算模式研究

基于复杂受力下钢筋混凝土构件的受力相关性,以弯扭相关性作为连接剪扭相关性和压弯相关性的桥梁,推导了钢筋混凝土构件承载力计算的统一计算式,考虑了压弯剪扭四种受力状态的受力相关性。由该计算式推得的单一受力和复合受力状态下的承载力计算式与国内外试验数据符合较好,计算式不仅适用于所有单一受力状态下的承载力计算,还适用于压弯、剪扭、弯扭、弯剪和压剪5个两相关计算,弯剪扭、压弯剪三相关计算以及压弯剪扭四相关计算。按统一计算式得到的配筋量比GB 50010-2002《混凝土结构设计规范》的配筋量更为合理,且计算结果与试验结果吻合较好。     

Analytical model for the torsional behaviour of reinforced concrete beams retrofitted with FRP materials

An analytical approach for the prediction of the torsional response of reinforced concrete (RC) beams strengthened with fibre-reinforced-polymer (FRP) materials is described. The analysis method employs the combination of two different theoretical models: a smeared crack model for plain concrete in torsion for the elastic till the first cracking response and a properly modified truss model for the post-cracking response. The proposed method addresses the contribution of the externally bonded FRP materials to the torsional capacity of RC beams using specially developed equations in the well-known truss theory and utilizes softened and FRP-confined concrete stress–strain relationships. Detailed verification of this methodology is achieved through extensive comparisons between analytically predicted behaviour curves and experimentally obtained ones. The experimental data comprise a series of 12 tests in pure torsion and an additional database of experimental information for 24 specimens compiled from works around the world. These comparisons demonstrated that the proposed model is capable of adequately describing the full torsional response and of predicting with satisfactory accuracy the torsional moment at cracking and the ultimate torque capacity of FRP strengthened RC beams. Applications of the developed method as an assessment tool to strengthened beams with U-shaped FRP configurations and some first design examples that demonstrate the contribution of the FRP materials on the torsional response are also included.     

考虑混凝土贡献的修正变角桁架模型

为提高有腹筋RC（钢筋混凝土）浅梁抗剪承载力的预测准确性和稳定性,提出一种考虑混凝土贡献的修正变角桁架模型。首先,基于变角桁架模型得到箍筋的抗剪贡献值计算公式,并结合塑性下限定理确定斜裂缝倾角的取值|其次,通过混凝土浅梁受压区的劈裂破坏模式得到混凝土项的抗剪贡献值计算公式,并利用尺寸效应系数考虑了混凝土项的脆性破坏特征|最后,将箍筋项和混凝土项提供的抗剪承载力进行叠加,建立有腹筋RC浅梁抗剪承载力计算公式。基于有腹筋RC浅梁抗剪承载力试验数据库ACI-DAfStb对本文、GB50010、ACI及AASHTO规范中抗剪计算公式的预测准确性进行对比评估,结果表明：文中抗剪承载力公式不仅能够体现配筋率、剪跨比和混凝土强度等主要抗剪参数的影响规律,还能考虑尺寸效应和斜裂缝倾角对抗剪承载力的修正|同时,在抗剪承载力预测准确性和稳定性方面,相对规范方法有所较高。     

钢-混凝土组合梁的受扭试验与分析

为了研究钢-混凝土组合梁的抗扭性能,完成了4根不同配箍率的组合梁纯扭试验,借助结构分析软件,采用三维8结点实体单元的有限元模型,对组合梁纯扭试件在弹性阶段的变形、截面应力分布情况进行了分析。试验和分析结果表明:受扭承载力主要由混凝土翼板提供,翼板的截面尺寸是影响极限承载力的主要因素,其中翼板厚度对组合梁受扭承载力的影响更为显著;而配箍率对组合梁受扭承载力的影响并不大。其它条件相同时,当配箍率为0.54%左右时,组合梁受扭承载力将达到最大。提出了组合梁弹性抗扭刚度计算公式和开裂扭矩计算公式;本文采用变角空间桁架模型,并结合已有的试验成果,提出了可供设计参考的极限承载力计算公式。公式计算结果与试验值吻合良好。     

钢-混凝土组合梁扭转的组合作用分析

在试验及理论分析的基础上,对开口截面钢-混凝土组合梁在扭转中的组合作用进行研究。组合梁在扭转中,即使是纯扭作用下,截面上仍存在组合作用,分析时不能忽略混凝土翼板和钢梁间的相互约束作用,否则会低估组合梁的抗扭能力。钢梁自身的抗扭作用很小,钢梁对组合梁扭转的贡献在于,它向混凝土翼板提供了纵向约束。在钢筋混凝土变角软化桁架模型(RA-STM)的基础上,通过引入平截面假定,以考虑组合梁扭转中的组合作用,建立适于分析开口截面钢-混凝土组合弯扭性能的三维桁架模型:在弯扭作用下,组合梁截面各单元分别处于一维应力状态(体系1)和二维应力状态(体系2),体系1用来抵抗由弯矩和扭矩引起的截面纵向应力,体系2用来抵抗由扭矩引起的截面剪应力,两者通过截面的纵向应变协调和内力平衡条件联系起来。所分析内容充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程。计算结果与试验结果吻合良好。此外还简要评价了现有的组合梁极限扭矩计算公式的不足。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯剥离承载力计算

碳纤维布加固混凝土结构技术的研究近年来发展很快。在已有试验结果分析的基础上 ,本文对碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯剥离的破坏形态进行了研究 ,通过粘结区域各种应力的解析 ,提出了剥离破坏的数学判据 ,以此建立了相应的剥离承载力计算方法 ,该方法中考虑了粘结正应力和剪应力的综合作用。经与试验结果的比较 ,证明本文方法计算碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯剥离承载力具有较高的精度 ,从而完善了碳纤维布加固混凝土梁的设计理论。     

碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的抗震性能试验研究

本文对碳纤维布加固的钢筋混凝土短柱的抗震性能进行了试验研究。探讨了轴压比、碳纤维布用量、配箍率和加载顺序等对碳纤维布加固的钢筋混凝土短柱的破坏机理、受力性能及抗震性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固的钢筋混凝土短柱具有很好的延性,能有效提高钢筋混凝土短柱的抗震性能;先施加轴力后进行碳纤维布加固的加载顺序,会降低碳纤维布对柱的约束作用,一定程度上影响对柱的抗剪能力的提高。在此基础上,提出了碳纤维布加固钢筋混凝土短柱的受剪承载力计算公式,可供工程设计和进一步研究参考。     

混凝土复合受扭构件的统一理论及承载能力设计方法

采用协调压力场 -变角空间桁架模型对复合受扭构件进行受力分析 ,建立了统一理论强度相关方程 ,并以此方程为基础 ,提出了新的复合受扭构件抗扭承载能力的设计公式     

Failure modes of reinforced concrete beams strengthened with carbon fiber sheet in fire

It is shown that elevated temperature may cause a change in the failure mode of reinforced concrete (RC) beams strengthened with carbon fiber sheet (CFS), as flexural failure at room temperature can be transformed into shear failure in fire. In this paper, an analysis procedure for flexural capacity and shear capacity of RC beams strengthened in flexure using CFS at high temperature is discussed and validated by test results from literatures. A parametric study is conducted for the critical situation (i.e., flexural failure and shear failure occur simultaneously in fire) of the strengthened beams with fire insulation. The influences of some parameters, such as span-to-height ratio, confinement ratio, rich degree of shear capacity, thickness of concrete cover, thickness of fire insulation, and strengthening ratio, on the tensile reinforcement ratio related to the critical situation are examined. Based on the aforementioned analysis procedure and extensive numerical results, recommendations for fire-safety design of the flexurally strengthened and insulated beams are discussed preliminarily. It is important to recognize that increasing of the thickness of fire insulation is not always good for the fire performance of the strengthened beams. To account for the adverse influence of concrete shear cracks on shear capacity of the strengthened beams exposed to fire, an additional reduction factor may be considered for the shear resistance of steel stirrups at high temperature.