先张预应力CFL加固RC梁预应力损失的实验研究

由于预应力碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)结构技术能够充分发挥其优异的力学性能而备受关注。本文以预应力碳纤维薄板(CFL)加固RC桥梁结构为研究对象,研制了采用先张法对CFL施加预应力的实验装置,提出了先张预应力CFL加固RC梁的实验方法及其预应力损失的监测方法,并在3个预应力水平下对RC梁实施了预应力CFL加固,测试和分析了CFL的预应力损失演化规律。研究结果表明,本文提出的先张预应力CFL加固RC梁以及预应力损失测试的方法是可行和有效的。     

绕丝加固预损钢筋混凝土柱的抗震性能试验研究

对4根钢筋混凝土柱进行了模拟地震的预损伤、预损伤后绕丝加固和加固后的低周往复荷载破坏试验,研究了绕丝加固地震损伤钢筋混凝土柱的抗震性能。根据试验数据分析了试件的承载力、延性性能、刚度退化及耗能能力。试验结果表明:经过绕丝加固修复后的预损伤试件,其延性性能和极限位移得到了明显提高;钢筋混凝土柱的预损伤程度对预损伤后的加固效果有重要影响。在轻度损伤程度情况下,绕丝加固柱恢复并超过受损前的抗震性能;预损伤越大的柱经绕丝加固后其延性、耗能能力、刚度和承载力越小。     

温度-随机载荷下CFL加固RC梁疲劳性能的实验研究

考虑亚热带地区公路桥梁的服役环境温度与车辆载荷的作用效应,本文以碳纤维薄板(CFL)加固钢筋混凝土(RC)桥梁结构为研究对象,利用本课题组构建的实验平台,提出了温度与车辆随机载荷耦合作用下CFL加固RC梁的疲劳实验方法。在3个温度和3个载荷水平下实施了温度-随机载荷耦合作用下的三点弯曲疲劳实验,初步探讨了温度-随机载荷作用下加固梁的疲劳破坏机理,并提出了温度-随机载荷耦合下加固梁疲劳寿命的半经验公式。     

HPFRCC梁柱组合件节点核心区力学性能及计算模型研究

为了研究高性能纤维水泥基复合材料(High-PerformanceFiberReinforcedCementitiousComposites,HPFRCC)对框架结构节点核心区力学性能的影响，本文对6个预期损伤部位采用HPFRCC材料的带板梁柱组合件和1个钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁柱组合件进行拟静力试验，分析其节点核心区受剪承载能力、变形能力等．研究结果表明，与RC梁柱组合件节点相比，HPFRCC梁柱组合件节点核心区的受剪承载力提高了11.1%；峰值点的剪切变形减小了10.3%，节点核心区剪切变形对层间变形的贡献比率降低了22.7%．柱端弯矩增大系数的取值和翼缘板的宽度取值对HPFRCC节点核心区的剪切变形有显著影响，柱端弯矩增大系数达到1.6或者翼缘板宽度取值为8倍板厚都可以使节点核心区峰值点对应的剪切变形控制在0.01左右．采用BPE(Bayesian Parameter Estimation)方法进行理论分析，分别建立HPFRCC梁柱节点的剪切强度计算模型和剪切变形计算模型，模型分析结果与试验结果符合较好．     

钢筋混凝土柱抗弯承载力的概率模型与校准分析

为了克服传统确定性抗弯承载力模型和校准方法无法合理考虑不确定性所存在的缺陷,分别建立了钢筋混凝土(RC)柱的概率抗弯承载力模型与概率校准方法。首先,基于RC柱正截面受弯承载力的基本假定,结合偏心受压RC柱的截面内力平衡条件,分别建立了大(小)偏心受压RC柱的确定性抗弯承载力模型;然后,综合考虑固有不确定性和认知不确定性的影响,分别建立了大(小)偏心受压RC柱概率抗弯承载力模型的解析表达式,进而结合贝叶斯理论和MCMC法确定了概率模型参数的后验分布信息,从而建立了RC柱的概率抗弯承载力模型;最后,基于概率抗弯承载力模型所确定的概率密度函数、置信区间和置信水平,提出了传统确定性抗弯承载力模型的概率校准方法。研究结果表明,所建立的概率抗弯承载力模型不仅可以合理描述RC柱抗弯承载力的概率分布特性,而且可以校准传统确定性抗弯承载力模型的计算精度和置信水平。     

圆钢套管-钢纤维水泥砂浆加固预损RC柱轴压性能研究

圆钢套管-钢纤维水泥砂浆外包加固RC柱是一种新型的加固技术。钢纤维水泥砂浆比普通混凝土砂浆在韧性、抗裂性和延性方面都有明显的提高,并且钢套管加固混凝土柱的强度和延性有很大程度的提高。以预加载普通钢筋混凝土柱峰值荷载的百分比作为柱子受损程度指标：加载极限荷载的60%为一级损伤、80%为二级损伤、100%为三级损伤。总共设计了7根试件,分别以钢套管径厚比、RC损伤程度、预损柱离散性作为影响因素进行轴心受压性能研究。在试验研究的基础上,建立了复合加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。     

FRP片材在土建修复加固工程中应用的力学问题

纤维增强复合材料(FRP)片材由于其优异的力学性能和施工的便捷性而备受国内外土木建筑领域的高度关注,并得到了迅速的推广应用.本文结合国内外的研究现状及本课题组的研究工作,对FRP片材(纤维布、纤维板和纤维薄板)在土木建筑修复加固工程中应用的主要力学问题-FRP片材加固钢筋混凝土(RC)构件的静力学性能、疲劳性能、界面的力学性能、以及构件的耐久性等进行综述和讨论,并试图指出今后有关FRP片材修复加固RC构件力学性能的研究方向.     

新型外包锚固式节点抗震性能试验研究

上、下部结构的连接节点是保证RC框架-轻钢增层混合结构整体协同工作的关键,本文提出一种用于该类混合结构的新型外包锚固式节点,并对该新型节点与传统植筋节点进行了拟静力试验,对比分析了滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明:两榀节点试件均为梁铰破坏,新型外包锚固式节点相对于传统植筋节点有效地限制了混凝土梁的裂缝开展,提高了节点承载力和刚度,减缓了强度和刚度退化,增强了节点塑性铰的转动能力;滞回环呈弓形;耗能能力和等效黏滞阻尼系数提升约2倍。     

用于RC框架-轻钢增层混合结构的新型外箍式节点抗震性能试验研究

RC框架-轻钢增层混合结构是一种上轻下重、刚度突变明显的复杂结构,为了保证结构整体协同工作,本文提出了一种能够有效减缓刚度突变和增强对上部结构约束的新型外箍式连接节点。通过对新型外箍式节点与传统植筋节点的1∶2缩尺模型拟静力试验研究,得到了试件破坏模式和荷载-位移滞回曲线,对比分析了其滞回特性、梁端塑性铰、骨架曲线、强度退化、刚度退化和耗能能力等抗震性能。结果表明:新型外箍式节点可以使梁端塑性铰远离梁根部,有效保护了节点核心区;新型节点通过外箍钢板的构造措施提高了试件的初始刚度、承载力和耗能能力,减缓了刚度与强度退化速度,表明新型节点的抗震性能大幅度优于传统植筋节点,研究成果可为RC框架-轻钢增层混合结构的节点设计提供一定参考。     

基于损伤分布模型的震损RC框架力学性能分析与实证研究

震损结构的剩余荷载位移响应分析十分重要，是准确评估震后钢筋混凝土(RC)框架结构剩余性能的基础，然而震损结构损伤的不均匀分布为其荷载位移响应的定量分析带来了困难。本文基于纤维梁柱模型提出了一种能够考虑地震损伤不均匀分布的震损RC框架数值模型。基于震损RC框架的损伤现象对其损伤分布进行了量化，考虑了材料损伤沿柱高度与截面深度的分布；基于量化结果分别确定了RC框架中各纤维梁柱单元中不同位置处纤维的损伤本构关系，并对其剩余荷载位移响应进行了定量分析；以一个一榀三层四跨的RC框架试验为算例，对模型进行了验证。结果表明，本文模型能够较为准确地模拟震损RC框架的剩余荷载位移响应，其中最大剩余承载力、刚度和屈服强度等各项指标计算误差均值均在10%以下，因此本文模型能够为震后RC结构的评估工作提供一种新的思路。     

粘贴碳纤维布加固混凝土管道试验研究

首次通过对14个素混凝土和14个钢筋混凝土环状试件外粘碳纤维布加固性能进行试验，研究了碳纤维布加固混凝土内压圆管的破坏特征、受力性能和破坏机理。对不同加固方法及一次或二次受力的混凝土管在内压力作用下的极限承载力、荷载一应变关系等方面进行了研究。试验结果表明，用碳纤维布加固混凝土内压管可以显著地提高极限承载力，明显的改善了构件的延性，能够获得良好的力学性能。加固后试件的开裂承载力与未加固试件相比，提高幅度不大，加固试件二次受力与一次受力相比，开裂荷载有所降低，但极限承载力基本相同。用碳纤维布加固内压管是一个新课题，具有很好的应用前景，用本文提出的加固方法具有优良的加固性能，可为工程应用提供参考。     

Analytical approach for the earthquake performance evaluation of repaired/retrofitted RC bridge piers using time-dependent element

In order to evaluate the seismic performance of damaged reinforced concrete members, particularly bridge piers, an inelastic time-dependent element is proposed. The proposed element enables increased characteristics due to structural intervention (i.e., repair or retrofitting) to be accurately reflected in the degraded strength and stiffness of the members. The inelastic time-dependent element having both birth and death times can freely be activated within the user-defined time intervals of interest during static and dynamic time-history analyses. Comparative studies are carried out for reinforced concrete bridge columns that are repaired and retrofitted. Analytical predictions incorporating the developed element show reasonable correlation with experimental results. Also conducted is a nonlinear time-history analysis of a reinforced concrete bridge under multiple earthquakes. Comparative analytical results confirm the applicability and effectiveness of the current development. It is thus expected that the present element is capable of providing salient features for the healthy evaluation of seismic performance of reinforced concrete members being repaired and retrofitted.     

钢纤维聚合物高强混凝土疲劳性能的实验研究

钢纤维聚合物高强混凝土(SPHC)是本课题组最近研发的新型混凝土桥梁结构材料。为了探明SPHC的疲劳性能,本文采用对比分析的方法,对实桥上应用的SPHC及其静力学性能相近的C60混凝土的疲劳性能展开实验研究,得到了这两种材料的S-N实验曲线。研究结果表明,与C60混凝土相比,SPHC材料由于掺入了钢纤维和聚合物乳胶,增加了韧性及抗裂性能,使其抗疲劳性能得到了大幅度的提高。该新材料的实桥应用,将有效地提高桥梁结构的疲劳寿命。     

局部屈曲FRP增强薄壁钢管混凝土抗震性能

为了研究FRP(Fiber Reinforced Polymer)增强薄壁钢管混凝土的抗震机理,提出FRP约束钢管局部屈曲应力-应变关系并建立FRP约束钢管恢复力模型,在此基础上建立FRP增强薄壁钢管混凝土柱滞回模型,开展FRP增强薄壁钢管混凝土柱拟静力试验以验证滞回模型的合理性,同时考查FRP布置方式对柱体抗震性能的影响,利用滞回模型对FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能机理进行分析。研究表明,薄壁钢管局部屈曲所导致的强度退化是柱体抗震性能劣化的主要原因,基于纤维力学特性合理设计FRP的增强方式可有效提升柱体的抗震性能。CFRP宜采用环向约束方式抑制薄壁钢管的局部屈曲;GFRP宜采用纵向抗弯方式提高柱体大变形下的承载能力。FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能主要由钢管承担,在本文研究参数范围内,薄壁钢管耗能占比超过80%,混凝土耗能介于10%～20%,纵向FRP耗能小于8%,对薄壁钢管实施有效约束后,其耗能可提高40%以上。     

新型外包钢混凝土组合梁框架结构抗震性能的试验

为克服型钢混凝土柱-钢梁组合框架结构体系存在的缺点,提出了一种新型外包钢混凝土组合梁-型钢混凝土柱组合框架结构体系。设计制作了一榀一跨两层型钢混凝土柱-外包钢砼梁的组合框架结构模型,并通过施加恒定竖向荷载和低周反复水平荷载,对模型框架进行了抗震性能试验研究。结果表明,基于现行规范及作者新研究外包钢组合梁计算理论所设计的型钢混凝土组合框架在地震时能形成梁铰破坏机制,框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等均满足延性框架的抗震要求,且模型框架的有效延性系数达到了7.93。可见,新型型钢混凝土组合柱-外包钢混凝土组合梁框架结构的抗震性能优于钢框架结构和型钢混凝土柱-钢梁框架结构,可在高层建筑中应用。     

近断层地震作用下钢筋混凝土连续梁桥地震易损性分析

考虑桥墩、支座构件及主梁的碰撞损伤指标,对钢筋混凝土连续梁桥进行了地震易损性分析.综合考虑了结构参数的不确定性,从太平洋地震工程研究(Pacific earthquake engineering research,PEER)数据库中随机选取了20条近场地震记录,得到大量的随机地震-结构样本.结合不同破坏状态下的桥梁损伤指标,根据结构的能力与需求得到了桥梁各构件及整体桥梁结构的地震易损性曲线.从概率意义上判断在强烈地震作用下桥梁结构所处的破坏状态,为今后在役的同类型桥梁震害预测提供了参考.     

冻融循环下预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的耐久性研究

预应力CFRP加固混凝土结构技术由于具有显著优势,越来越多地被应用在桥梁加固中,本文针对冻融循环作用下预应力CFRP板加固钢筋混凝土梁的耐久性能进行了实验研究。通过12片加固梁试件的实验研究了不同次数冻融循环作用下预应力CFRP板加固梁的破坏形态和承载性能,分析了混凝土强度等级、冻融循环次数、CFRP初始应力水平等因素对加固梁耐久性能的影响。实验结果表明:经历冻融循环后试件的开裂荷载和极限承载能力都有了不同程度的下降,冻融侵蚀对CFRP加固混凝土结构产生了明显的不利影响;随着冻融循环次数的增加,加固试件的破坏模式逐渐由混凝土保护层剥离转变为界面剥离的破坏形态;冻融循环作用对预应力加固试件的整体不利影响要大于非预应力试件;混凝土强度为C60的预应力CFRP加固试件在冻融侵蚀作用下的退化要较强度为C30的加固试件显著。     

角钢约束混凝土中长柱轴压力学性能试验及承载力计算

为了研究角钢约束混凝土中长柱在轴压荷载作用下的力学性能,以长细比、缀板间距、混凝土强度等级为变化参数,完成了8个试件的静力加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了其极限承载力、刚度、位移延性和耗能系数等力学性能指标;分析了各变化参数对力学性能指标的影响,利用统一强度理论、极限理论和叠加理论对试件的承载力进行计算。研究结果表明:长细比越小越容易发生柱端破坏,长细比加大后易发生柱中破坏;减小缀板间距,试件的极限承载力和变形能力均得到提高。随着混凝土强度等级的提高,试件的极限承载能力和初始弹性刚度得以提高,但位移延性和耗能能力有所降低。采用统一强度理论的计算值略大于试验值,采用极限分析理论和叠加理论的计算值均小于试验值。