基于修正压力场理论的再生混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

基于修正压力场理论分析有腹筋再生混凝土梁的剪切破坏机理,建立了更接近有腹筋再生混凝土梁实际受力的抗剪模型,并通过考虑再生骨料有效粒径和受箍筋作用下的裂缝宽度与构件裂缝处应力的联系,分析了再生骨料咬合力对梁斜截面抗剪性能的影响,提出了再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。此外,本文将理论结果与课题组自制的6根再生混凝土梁的抗剪承载力试验结果进行了对比,理论值与试验值吻合较好,验证了本文方法的有效性,从而为设计人员提供了一种预测再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。     

有腹筋混凝土梁的剪切刚度分析模型

钢筋混凝土梁的挠度计算通常不计入剪切变形的贡献,然而对于斜向开裂的有腹筋混凝土梁,斜裂缝会显著降低梁体的有效剪切刚度,导致剪切变形值显著增大,因此在验算评估时应予以考虑.为评价钢筋混凝土梁斜向开裂后的有效剪切刚度,首先,基于变角桁架模型推导了钢筋混凝土梁在箍筋屈服状态下的有效剪切刚度;与弹性剪切刚度比较发现,剪切刚度退化系数的主要影响因素为材料弹模比、配箍率和斜压杆倾角.其次,基于试验剪切变形曲线表现出的刚度退化规律,提出了可用于不同开裂程度下剪切刚度计算的恒定切线刚度退化模式,并采用开裂后的剪力增量作为反映开裂程度的定量指标.最后,根据最小能量原理得到了剪切刚度退化中两个关键参数:斜压杆倾角和剪切刚度退化系数的解析公式.通过2根薄腹混凝土梁剪切变形试验以及收集的15个受剪梁段的剪切变形数据对模型有效性进行了验证,验证结果表明:有腹筋混凝土梁剪切刚度分析模型能较为准确地预测箍筋屈服状态的剪切刚度,并能反映不同开裂程度下的剪切刚度退化规律.     

水工结构高强钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

通过对12根配置高强箍筋的混凝土梁在集中荷载作用下的受剪试验,研究梁的挠度、箍筋应变、斜裂缝扩展规律及破坏形态。依据现行《水工混凝土结构设计规范》,对比分析试验梁斜截面承载力及考虑荷载长期作用的正常使用阶段斜裂缝宽度。研究结果表明,配置高强箍筋的混凝土梁斜向开裂规律和受力特征与普通钢筋混凝土梁基本相同,受剪承载力可按现行《水工混凝土结构设计规范》公式计算,且有较高安全储备。当考虑荷载长期作用,HRBF500钢筋在水工结构中抗拉强度设计值取360MPa时,斜裂缝宽度满足正常使用极限状态要求。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应及破坏形态分析

对基于Timoshenko梁理论建立的非线性动力有限元法作了改进。根据压区理论得到混凝土的平均剪应力和平均剪应变关系,建立了能反映箍筋的抗剪作用的材料模型;此外,对结构在爆炸荷载作用下可能出现的各种响应现象进行了描述,以准确地预测梁破坏时不同位置截面上钢筋和混凝土的受力、变形及破坏情况。应用改进的材料模型,对爆炸荷载作用下的五个钢筋混凝土试验梁的动力响应和破坏形态进行了数值模拟,结果表明,该数值方法能较好地模拟钢筋混凝土梁的弯曲、弯剪和剪切等破坏形态。     

配有斜筋混凝土梁抗剪承载力计算与试验

以剪压破坏时配有斜筋的混凝土梁为研究对象,考虑临界斜裂缝处各钢筋拉应力和剪应力的影响,基于极限平衡理论和复合应力状态下混凝土的强度准则,建立了极限抗剪承载力的计算公式。对配有斜筋混凝土梁进行的试验研究发现,理论值与试验值的误差不超过5%。研究表明:箍筋与纵筋、斜筋与纵筋的相对配筋率以及剪跨比对临界斜裂缝顶端混凝土受压区的高度影响较为显著,进而影响抗剪承载力;临界斜裂缝顶端混凝土在复合应力状态下发生破坏,竖向压应力的作用不应忽略;斜筋和箍筋的剪应力对极限抗剪承载力影响较小,计算中可不予考虑。     

三维刚体弹簧元法在RC深梁抗剪性能尺寸效应评价中的应用

选取典型的钢筋混凝土(RC)深梁受剪试验,开发并运用三维刚体弹簧元法(3D RBSM)模拟了大尺寸截面深梁的受剪破坏过程,以及箍筋对深梁抗剪性能的影响。结果表明,3D RBSM不仅能够较准确地计算RC深梁的开裂荷载、名义抗剪强度以及箍筋的增强作用,而且能够模拟裂缝的开展以及构件的破坏。相比于有限元法,3D RBSM具有以下优势：大幅度提高了名义抗剪强度的计算精度,实现了散布裂缝模拟的可视化以及混凝土裂缝宽度的直观、定量评价;能够更好地捕捉峰值荷载后的软化行为。因此,3D RBSM为大尺寸截面深梁的受剪破坏模拟、明晰抗剪性能尺寸效应机理和完善大尺寸RC构件设计提供了有效研究手段。     

锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁抗弯承载力分析

钢筋锈蚀是钢筋混凝土桥梁的主要病害之一。在锈蚀钢筋混凝土双筋矩形截面梁中,钢筋锈蚀易造成结构性能退化,并引起钢筋和混凝土相对滑移,导致结构的承载力降低,受拉区的钢筋与混凝土变形不协调。通过构造新的几何条件,推导了锈蚀钢筋混凝土双筋矩形梁正截面极限抗弯承载力计算公式。对室内快速锈蚀双筋矩形梁进行正截面抗弯承载力实验,结果表明推导的锈后双筋矩形梁正截面抗弯承载力公式的计算值与实验值吻合较好。上述工作为进一步进行工程实践奠定了基础。     

联合极限状态下基于最大熵可靠度的易损性分析

考虑工程需求参数(EDP)的前四阶矩,提出基于最大熵可靠度理论的地震易损性分析方法.基于SAP2000建立钢筋混凝土框剪模型,选择最大层间位移角和最大层加速度衡量结构的联合性能极限状态,建立极限状态方程.不对EDP的分布进行人为假定,在不同峰值加速度(PGA)下计算两种EDP的前四阶矩,并作为约束条件,建立极限状态方程...     

均布荷载下钢筋混凝土梁剪切破坏的研究

对于剪切破坏的梁，本文提出平截面假定的适用范围，并将它用于研究钢筋混凝土梁的抗剪性能，建立了适用于均布荷载下钢筋混凝土简支梁抗剪强度计算的理论模型，并对此进行了实验验证。此模型可推广到任意分布荷载。     

锈蚀疲劳耦合作用下钢筋混凝土梁性能退化试验

锈蚀疲劳的耦合作用会显著降低钢筋混凝土结构的使用寿命。为模拟锈蚀疲劳耦合作用对钢筋混凝土构件抗弯性能的影响,开展了三组不同情况下钢筋混凝土梁的疲劳试验:预先锈蚀后疲劳试验、盐溶液环境中疲劳试验和盐溶液通电环境中疲劳试验。研究了钢筋混凝土梁在疲劳荷载下的荷载-挠度关系、混凝土裂缝的发展规律,对比了不同试验环境下钢筋混凝土梁的疲劳寿命及破坏形态。试验结果表明,疲劳荷载下混凝土裂缝发展规律与环境相关,盐溶液中梁混凝土斜裂缝水平倾角较小,盐溶液通电梁混凝土裂缝扩展高度明显增大;锈蚀疲劳耦合作用加速了钢筋的疲劳裂纹扩展速率,使得混凝土疲劳模量下降,导致梁的刚度退化,疲劳寿命显著降低,且腐蚀环境作用越强,影响越显著;三种试验环境下钢筋混凝土梁的破坏形式未发生改变,均为主筋发生疲劳脆性断裂,在疲劳寿命简化分析中可将受力钢筋作为研究主体。本试验是对已有预锈蚀梁疲劳试验的补充和延伸,可为日后混凝土桥梁的腐蚀疲劳耦合作用建模提供试验基础。     

大气环境下的钢筋混凝土桥梁时变可靠度分析

为了探究钢筋混凝土桥梁抗力退化对桥梁可靠性能的影响,综合考虑一般大气环境下混凝土强度、钢筋强度、混凝土与钢筋黏结性能的降低,建立普通钢筋混凝土桥梁的抗力退化时变模型,分析规范车辆荷载作用的桥梁时变可靠度。研究结果表明,(1)一般大气环境下,桥梁抗力随着服役时间的增加而减小,其中钢筋强度退化对桥梁抗力的影响最大,其次是钢筋与混凝土黏结性能降低,而混凝土强度退化对桥梁抗力的影响相对较小; (2)桥梁可靠指标随着服役时间的增加而减小,密集行车占比越大,桥梁承载能力失效的概率就越大;非平稳车载作用下的桥梁可靠指标小于平稳车载,桥梁需要维修补强的时间比平稳车载提前; (3)多梁式简支梁桥在建造时应该提高边梁的安全储备,在管养时可以采取限载措施进行干预。     

Failure criterion for reinforced concrete beams and plates subjected to membrane force,bending and shear

In this paper, a failure criterion for reinforced concrete plates is derived through the kinematic method in the framework of the limit analysis theory. This criterion is expressed in terms of the stress resultant variables: membrane force, shear force and bending moment at once. The aim of the authors is to be able to predict the failure of reinforced concrete plate structures in statics or in slow dynamics using directly the internal forces (membrane and shear forces and moment) resulting from a finite-element computation.In a first step, a beam criterion is derived. The closed form expression of the criterion shows that it is made up of two parts, one independent of the moment (i.e. depending only on the normal force and the shear force) and one depending on the normal force, the shear force and the bending moment. This structure of the criterion allows to determine two failure modes: shear failure and bending failure.Then in a second step, the beam criterion is extended to the case of reinforced concrete plates. The obtained criterion is partly numerical and partly a close form expression. It gives an upper bound of the load, and when this limit load is reached, the criterion is able to supply, on one hand, the failure mode (as seen in the beam case) and, on the other hand, the angles of the failure plane in the reinforced concrete plate section.Thirdly, the criterion is implemented in the finite element software Europlexus and validated with respect to punching experimental tests. We show that the criterion must be used with an effectiveness factor applied on the concrete compressive strength.     

Prediction of bond failure and deflection of carbon fiber-reinforced plastic reinforced concrete beams

Carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) reinforced concrete beams can fail due to interface debonding, due to the high tensile strength of such rebars. A set of 16 concrete beams reinforced with different amounts of CFRP reinforcement was subject to static three-point bending. The beam dimensions and CFRP reinforcements used were selected to demonstrate a transition from compression failure to bond failure with decreasing reinforcement ratio. It is shown that accurate bond strength data to predict such failures can be obtained from a “hinged-beam” test configuration, rather than the conventional direct “pull-out” tests. Deflection under service loads can also be predicted more accurately using a proposed equation that includes the reinforcement ratio and the elastic modulus of the reinforcement.     

Process of debonding in RC beams shear-strengthened with FRP U-strips or side strips

Reinforced concrete (RC) beams may be strengthened for shear using externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composites in the form of side bonding, U-jacketing or complete wrapping. The shear failure of almost all RC beams shear-strengthened with side bonded FRP and the majority of those strengthened with FRP U-jackets, is due to debonding of the FRP. The bond behavior between the externally-bonded FRP reinforcement (referred to as FRP strips for simplicity) and the concrete substrate therefore plays a crucial role in the failure process of these beams. Despite extensive research in the past decade, there is still a lack of understanding of how debonding of FRP strips in such a beam propagates and how the debonding process affects its shear behavior. This paper presents an analytical study on the progressive debonding of FRP strips in such strengthened beams. The complete debonding process is modeled and the contribution of the FRP strips to the shear capacity of the beam is quantified. The validity of the analytical solution is verified by comparing its predictions with numerical results from a finite element analysis. This analytical treatment represents a significant step forward in understanding how interaction between FRP strips, steel stirrups and concrete affects the shear resistance of RC beams shear-strengthened with FRP strips.     

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件实验及其承载力计算方法研究

大量锈蚀钢筋混凝土偏压构件的实验研究表明,随着纵向受力主筋锈蚀率的增大,偏心受压构件的承载力及其刚度均有不同程度的降低。并且由于钢筋锈蚀,钢筋混凝土偏心受压构件延性也随之降低,脆性性质明显,从而可能使得钢筋混凝土偏压构件的破坏形态发生变化。在对预制钢筋混凝土柱进行快速锈蚀实验85研究的基础上,对锈蚀偏心受压构件的结构性能退化机理和破坏特征进行了分析;在现行计算理论和实验85结果分析的基础上,通过拟合出的锈蚀钢筋与混凝土间的应变不协调系数,对未锈蚀构件的相对界限受压区高度进行修正,得到了锈蚀偏心受压构件相对界限受压区高度的修正公式;考虑锈蚀钢筋截面的削弱、钢筋屈服强度的降低以及钢筋和混凝土之间粘结性能退化的影响,提出锈蚀偏心受压构件正截面承载力计算方法,为今后混凝土结构耐久性评估和可靠性鉴定提供了科学依据。     

无腹筋RC悬臂梁抗剪强度及尺寸效应理论研究

不同于混凝土材料,钢筋混凝土(RC)构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料尺寸效应理论难以描述构件的尺寸效应行为。我国相关规范中并没有系统考虑构件尺寸及纵筋率对RC梁抗剪承载力的影响。为研究剪跨比及纵筋率对无腹筋RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响,采用三维细观数值模拟方法,建立了RC梁剪切破坏力学分析模型,研究了剪跨比及纵筋率对RC梁剪切破坏及抗剪强度尺寸效应的影响机制与规律。研究结果表明,RC梁抗剪强度表现出极为显著的尺寸效应现象;RC梁抗剪强度随剪跨比的增大而减小,随纵筋率的增大而增大;剪跨比较小时,纵筋率对抗剪强度的影响尤为显著。此外,基于Ba■ant材料层次尺寸效应律,提出了考虑剪跨比及纵筋率影响的RC梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比试验结果,验证了所提公式的准确性与合理性。