加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

为探究加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响,开展16根RC梁(质量损失率0%～8.7%)在不同加载速率(0.5～300 mm/min)下的粘结性能测试,据此提出考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式,并开展锈蚀钢筋混凝土梁粘结力学行为的数值模拟,分析高加载速率(30～30 000 mm/min,应变率10^-4～10^-1s^-1)下锈蚀梁的粘结滑移力学行为。研究表明：(1)加载速率对锈蚀钢筋混凝土梁式试件的粘结应力-滑移曲线形状以及粘结强度与残余粘结强度的比值影响不大;(2)随着加载速率的增加,锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度和残余粘结强度显著增加,粘结区应力峰值显著增加并逐渐向加载端靠近;(3)本工作提出的考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式在0.5～30 000 mm/min的加载速率范围内有很好的适用性。     

钢筋混凝土梁受弯破坏及尺寸效应的细观模拟分析

钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应取决于混凝土材料的非均质性以及钢筋/混凝土相互作用。该文借助混凝土细观结构特征,基于非线性弹簧单元来描述钢筋与混凝土之间的相互作用,建立了钢筋混凝土梁破坏行为模拟的三维细观数值模型。在模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,拓展模拟了更大尺寸梁的弯曲大变形破坏行为,并分析了单调及循环加载模式对不同尺寸悬臂梁受弯破坏及名义抗弯强度影响规律。模拟结果分析表明:1)该文工况下钢筋混凝土悬臂梁的弯曲破坏存在尺寸效应,弯曲强度随梁深增大而减小; 2)循环加载下,混凝土、钢筋以及两者间的粘结性能由于低周疲劳而使得梁的弯曲破坏呈现出脆性特征; 3)相比于单调加载,循环加载条件下,悬臂梁的破坏具有更强的脆性,名义抗弯强度尺寸效应更明显。     

锈蚀钢筋混凝土梁动态抗弯性能细观数值研究EI北大核心CSCD

为研究锈蚀对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁动态力学性能的影响,考虑钢筋锈蚀和应变率效应及混凝土内部结构的非均质性,建立锈蚀钢筋混凝土梁两阶段三维细观尺度数值模型。钢筋的非均匀锈蚀膨胀以施加非均匀径向位移的方式模拟,并以保护层开裂“最终状态”作为之后混凝土梁动载模拟的“初始输入条件”,获得锈蚀后的动态力学行为。在验证了数值模型合理性的基础上,分析了钢筋锈蚀引起的保护层锈胀开裂行为及不同应变率下构件力学性能的变化。结果表明:钢筋锈蚀使混凝土梁产生了明显的纵向裂缝,梁的承载力随钢筋锈蚀率增加而降低;高应变率下,混凝土梁发生冲切破坏,梁的承载力显著提高;锈蚀混凝土梁承载力损失与锈蚀后梁频率降低系数(反映刚度损失)近似呈线性规律,且低应变率下的承载力对频率变化更加敏感。最后,基于模拟结果回归分析,发展建立了考虑锈蚀及应变率耦合影响的混凝土梁动态抗弯承载力预测公式。     

基于离散元的钢筋混凝土梁极限承载力研究

通过PFC2D建立考虑骨料级配的钢筋混凝土梁离散元细观数值模型,开展钢筋混凝土梁极限承载力的研究。混凝土标准棱柱单轴压缩模拟验证了混凝土单元细观参数的准确性。通过修改平行黏结模型获得了适用于钢筋模拟的平行-强化黏结接触模型,钢筋单轴拉伸模拟验证了钢筋单元细观参数的准确性。建立了无缺口钢筋混凝土梁离散元数值模型,在此基础上生成预制缺口钢筋混凝土梁数值模型,根据缺口位置及倾角分为9种工况,分析了各工况下梁的裂缝扩展规律及极限承载力。结果表明：缺口位置对裂缝的扩展过程影响较大,一般起裂位置均位于缺口顶端;缺口倾角仅对裂缝扩展初期有影响,后期裂缝依然会沿竖向发展;缺口梁极限承载力约为无缺口梁极限承载力的95%～98%。     

混凝土和钢筋间连接性能受加载速率影响研究

随着城市化进程的发展和对建筑物安全性要求的提高,混凝土和钢筋连接的性能逐渐成为建筑结构设计和工程实践的关注焦点。混凝土和钢筋之间的连接是建筑物结构中至关重要的环节,若连接性能出现问题,将给建筑物的安全性带来很大隐患。该研究制作了钢筋混凝土梁试件,并将其分组进行不同加载速率下的三点弯加载测试,分析了不同加载速率对试件黏结应力-滑移曲线和黏结性能的影响,结果表明：随着加载速率增加,试件的黏结应力增大;随着应变率增加,锈蚀钢筋与混凝土的黏结性能增强,其中黏结强度增加了22%,残余黏结强度增加了46%。     

钢筋混凝土梁抗冲击性能研究的细观数值模拟方法

为更真实地描述钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下复杂的破坏过程,结合混凝土细观结构非均质性,假定混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质以及界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,考虑混凝土细观组分的率效应,将钢筋网嵌入至素混凝土梁,建立了钢筋混凝土梁抗冲击力学行为研究的三维细观尺度数值模型。基于该数值分析模型与方法,研究了落锤速度对钢筋混凝土梁抗冲击性能的影响规律。将细观数值模拟结果与宏观模型结果以及已有试验结果进行了对比分析,包括破坏模式、冲击力、跨中位移以及支座反力等,发现模拟结果与试验结果吻合良好,验证了细观数值分析模型在钢筋混凝土梁抗冲击性能模拟中运用的可行性。     

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。     

锈蚀-疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁挠度计算方法研究

为探究锈蚀-疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁的结构力学行为及刚度退化规律，设计了3组不同应力幅作用的钢筋混凝土梁锈蚀-疲劳耦合持荷试验，分析了各试验梁的疲劳寿命及刚度演化规律。结果表明，钢筋、混凝土疲劳和钢筋的锈蚀耦合作用下，钢筋混凝土构件的疲劳寿命显著降低，疲劳梁和锈蚀疲劳耦合梁的挠度发展曲线均呈现“突增-稳定-突增”的变化规律，且锈蚀疲劳耦合梁在第二阶段的挠度发展速率要远大于同应力幅下的疲劳加载梁。该方法在既有规范基础上分别改进了现有疲劳梁和锈蚀疲劳耦合作用下结构的挠度计算方法，可以有效考虑钢筋疲劳作用、外荷载应力幅、混凝土模量退化、钢筋锈蚀等因素的影响，其计算值与试验值吻合较好，验证了该文提出的刚度计算模型的有效性。     

钢筋混凝土梁冲击后剩余承载力及承载机制研究

冲击后剩余承载性能是评估结构抗冲击性能的重要指标。为研究钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)梁冲击后剩余承载力及损伤后承载机制，对12片简支RC梁进行了落锤冲击以及冲击后静力加载试验，基于显式动力有限元分析方法对冲击及其冲击后静载全过程进行了仿真模拟，探讨了冲击能量和构件参数(拉筋率、压筋率、箍筋率和混凝土强度)对RC梁冲击后剩余承载性能的影响，基于试验和数值模拟数据得到了损伤后RC梁剩余承载力的预测公式，分析了影响冲击损伤RC梁剩余承载力的本质原因。研究结果表明：RC梁冲击接触局部区域混凝土破损，跨中区域产生较为严重的垂直裂缝和斜裂缝；随着冲击能量的增大，梁的冲击损伤更为严重。不同冲击参数下RC梁的承载力发生不同程度的下降，受压钢筋和箍筋配筋率的增加降低了承载力退化程度，而增加受拉钢筋配筋率虽然可以提高RC梁原始承载力，但其冲击后承载力下降比例也越大，混凝土强度对于受冲击损伤的RC梁剩余性能没有显著的影响。冲击后RC梁承载力下降与否与其在极限状态的破坏控制模式相关。     

钢筋混凝土桥梁疲劳累积损伤失效过程简化分析方法

为了有效预测疲劳损伤累积程度与桥梁剩余寿命,提出了钢筋混凝土桥梁结构在运营荷载下疲劳失效全过程数值模拟的简化方法。首先,根据混凝土及钢筋疲劳刚度退化、疲劳强度退化与疲劳残余变形演变规律,建立了混凝土及钢筋经历任意次数疲劳加载后的剩余强度包络线方程,基于混凝土单轴本构模型和钢筋理想弹塑性模型,建立了混凝土及钢筋疲劳本构模型;然后,在此基础上对文献提出的疲劳全过程分析法进行了改进,提出了疲劳损伤累积失效全过程数值分析法;最后,基于ABAQUS 软件平台和该文方法,对某钢筋混凝土简支梁算例进行疲劳全过程数值分析。结果表明:利用该文方法得到的模拟值与试验值的相对误差处于合理范围之内,验证了该文方法的可靠性和实用性。     

预制装配型钢混凝土梁受剪承载力试验与计算方法研究

为了深入研究预制装配型钢混凝土梁的受剪机理并提出可准确预测其受剪承载力的计算公式,该文完成了2个足尺预制装配型钢混凝土梁试件的静力剪切性能试验。通过分析试件的破坏过程、荷载-位移曲线和应变发展规律,对不同剪跨比下试件的破坏形态和承载能力进行了研究。基于变形协调桁架-拱模型和Nakamura模型建立了该种预制装配型钢混凝土梁及普通现浇型钢混凝土梁共同适用的受剪承载力计算模型。通过与75个发生剪切破坏的型钢混凝土梁试验结果对比可得:该文提出的计算方法可较好反映型钢混凝土梁的剪切破坏机理,试验值与计算值吻合良好;规范AISC 360-2010和JGJ 138-2016建议的受剪承载力计算公式较为保守。     

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。      

FATIGUE OF STEEL REINFORCEMENT BARS IN CONCRETE: A REVIEW

Abstract— During the last few years there has been an intensification of interest in the fatigue performance of steel reinforcement bars in concrete structures. Although fatigue has not proved to be a problem to date, loading cycles are becoming increasingly severe so that the margin of reserve strength is progressively being reduced. In this paper the main parameters associated with fatigue of reinforcement are reviewed with particular attention given to conditions related to highway bridges. Fatigue testing can be either axial in air or by bending of reinforced concrete beams. The latter is experimentally less convenient but simulates more closely the service environment. Endurances can be influenced by type of steel, geometry and size of the bars, nature of the loading cycle, welding and presence of corrosion. The relative behaviour of butt welded joints is considered and it is shown that the reduction in fatigue strength commonly attributed to flaws and to the stress concentrations associated with welds does not always occur for bending fatigue of reinforced concrete beams.     

多维动力加载条件下钢筋混凝土柱力学性能的研究

本文通过钢筋混凝土柱在多维动力加载下的试验,研究了钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动态力学性能。试验结果表明：加载速率的提高会有效的提高构件的承载能力;随加载速率的提高,构件的刚度退化、强度退化和损伤进程均有不同程度的增强;双向加载及变轴力加载受加载速率的影响更为显著;构件发生破坏的区域更加局部化;构件的延性和变形能力有所降低,在双向加载并伴随有轴力变化的加载条件下表现尤为明显。     

钢纤维超高强混凝土动态力学性能

采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维体积率的钢纤维超高强混凝土进行不同应变率的冲击压缩试验,结果表明钢纤维超高强混凝土是应变率敏感材料,并测出其应变率敏感阀值,当应变率超过阀值后,钢纤维超高强混凝土的强度、韧度与弹性模量都随纤维体积率的增加而显著提高,在高应变率下,超高强混凝土基体成粉碎性破坏,而钢纤维超高强混凝土呈现出“裂而不散”的破坏形态。     

Bond behaviour of high‐strength concrete flexural member under low cyclic fatigue loading

Use of high‐strength concrete can lead to more economical design reducing the material requirements, weight of structure and extended service life of structure. The effect of fatigue loading is more prominent on the structures using high‐strength concrete. Bond between concrete and reinforcing bars is a major factor affecting the performance and sustainability of reinforced concrete structures. Less research is available on the effect of low cyclic fatigue loading on the bond strength of high‐strength concrete. In this research, reinforced concrete beams (1165 × 150 × 225 mm) were tested under low cyclic loading with different stress range levels. It can be concluded that the bond strength of high‐strength concrete is more than for normal‐strength concrete. Low‐cyclic fatigue loading decreased the bond strength under monotonic loading by about 43–45%. Energy dissipation during cycling is found to be good. At higher cycles, energy dissipation decreased because of local damages in front of bar ribs. With the increase in number of cycles, change in slip behaviour was found.     

External reinforcement of high strength concrete columns

With the technology development on the compressive strength of concrete over the years, the use of high strength concrete has proved most popular in terms of economy, superior strength, stiffness and durability due to many advantages it could offer. However, strength and ductility are inversely proportional [J. Mater. Civil Eng. 11 (1999) 21]. High strength concrete is a brittle material causing failure to be quite sudden and ‘explosive' under loads. It is also known that structural concrete columns axially compressed rarely occur in practice. The stress concentrations caused by the eccentric loading further reduce the strength and ductility of high strength concrete. Therefore, studies for high strength concrete columns under eccentric loading are essential for the practical use.

This paper experimentally investigates a number of high strength concrete columns that are externally reinforced with galvanised steel straps and fibre-reinforced polymers subjected to concentric and eccentric loading. The experimental results show that external reinforcement can enhance the properties of high strength concrete columns.     

钢筋混凝土双向受弯梁次生扭矩的分析研究

探讨了次生扭矩对钢筋混凝土双向受弯梁抗剪承载力的影响。提出逐级加载、待定系数的方法计算钢筋混凝土双向受弯梁的次生扭矩,编制了钢筋混凝土双向受弯梁次生扭矩的全过程分析计算机程序。计算值与试验结果的对比分析表明,该方法合理可行。通过对次生扭矩影响抗剪承载力的主要因素的分析,获得一些有参考价值的结论,并提出在工程实践中,计算承受集中荷载的有腹筋双向受弯梁的抗剪强度时,次生扭矩影响应予以考虑。     

型钢混凝土深梁受剪性能及承载能力研究EI北大核心CSCD

为了研究型钢混凝土深梁的受剪机理,以剪跨比、型钢截面高度比、翼缘宽度比为影响因素,设计7个试件进行了跨中集中荷载作用下的抗剪性能试验,对受力过程、荷载-位移曲线、破坏形态、受剪承载力等进行了比较分析,基于修正压力场理论提出了型钢混凝土深梁受剪承载力计算模型。结果表明:剪跨比是型钢混凝土深梁破坏形态主要影响因素,较大翼缘宽度比的试件具有更高的受剪承载力;基于修正压力场理论的计算模型能够综合考虑剪跨比和翼缘宽度比的影响,模型计算值与试验结果吻合较好。