装配式海岸工程混凝土结构研究与应用进展

码头和防波堤建筑物是典型的海岸工程混凝土结构。这类结构的下部结构构件多为预制,而上部结构构件多为现浇。针对3类典型装配式海岸工程混凝土结构(高桩码头、板桩码头、桩基透空式防波堤),系统介绍了其结构特点、典型节点与连接构造,总结分析了国内外有关这3类典型结构的力学性能、技术标准与工程应用的最新进展。最后,对今后装配式海岸工程混凝土结构的应用与研究前景进行了展望。

FRP箍筋强度保留率分布模型与可靠性分析

基于文献数据,采用假设检验法,开展纤维增强复合材料(FRP)箍筋强度保留率分布规律研究.通过Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验对比了Weibull分布、正态分布及对数正态分布这3种模型对FRP箍筋强度保留率的拟合优度.结果表明:当FRP箍筋弯折半径(R)与箍筋直径(D)之比(R/D)在常规范围内(3~5)时,对数正态分布为最优分布模型,据此得到95%和50%保证率下FRP箍筋强度保留率分别不小于32.46%和43.79%;中国、美国、日本和加拿大四国规范保留率预测公式计算结果的保证率仅为24.1%~40.3%,偏于不安全.根据中国FRP纵筋与箍筋的强度保证率要求,当R/D=3、4、5时玻璃纤维增强复合材料(GFRP)箍筋强度保留率不小于38.86%、35.68%、46.09%.

基于数据库的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法

玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验主要研究弯折半径与直径之比对弯拉强度的影响,直线段抗拉强度对弯拉强度的影响研究较少。本文基于ACI 440.3R-12中B.5试验方法,开展3组(9个弯拉试件)不同直线段抗拉强度的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验研究。3组试件直线段抗拉强度分别为530(A组)、850(B组)和1100 MPa(C组),弯折半径与箍筋直径之比均为3。试验结果表明:所有试件均发生玻璃纤维增强复合材料箍筋弯折段被拉断的破坏模式;A、B、C组试件弯拉强度分别为325、445和530 MPa。本文系统收集了国内外已有93个弯拉试件,并结合本文9个弯拉试件建立了玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度试验数据库。基于数据库统计分析,提出了保证率不小于95%的玻璃纤维增强复合材料箍筋弯拉强度计算方法。

模块化混凝土结构抗震性能研究进展

模块化混凝土结构是一类以工厂预制、现场组装的三维模块为基本单元的混凝土结构,具有装配率高、施工周期短、质量控制好等特点。按参与受力程度的不同,将模块化混凝土结构划分为模块完全参与受力、部分参与受力和不参与受力3类。对比分析了3类模块化混凝土结构的特点及模块化混凝土结构中典型的节点连接方式,概述了国内外有关其抗震性能的研究现状,介绍了减隔震技术在模块化混凝土结构中的应用研究现状,并总结了相关技术标准与工程应用最新进展。最后,对模块化混凝土结构的研究方向进行了展望。

自密实轻骨料混凝土的高温性能

为了保证自密实轻骨料混凝土(Self-compacting lightweight concrete,SCLC)在实际工程中的安全运用,本文分别对强度为C40和C50的自密实轻骨料混凝土试件进行了高温爆裂试验。通过测定混凝土试验前后的质量、超声波速、抗压强度和抗折强度,研究了自密实轻骨料混凝土的高温性能,并和同强度的普通混凝土、轻骨料混凝土和自密实混凝土的高温性能进行了对比。结果表明,自密实轻骨料混凝土比普通混凝土易爆裂,质量损失较大,但是高温后的超声波速和残余强度损失均小于普通混凝土。

FRP约束混凝土圆柱应力-应变模型的适用性

纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土的应力-应变模型分为设计型模型和分析型模型.设计型模型通过对实验数据的回归分析给出数学公式显式表达轴向应力-应变关系.分析型模型则基于混凝土的轴向应力-应变关系与应力路径无关的假设,通过增量法获取FRP约束混凝土的轴向应力-应变曲线.为有助于在结构分析中合理选取模型,对以FRP约束混凝土圆柱为研究对象的2种模型的发展和特点进行综述;通过分析设计型模型的控制变量围压比与分析型模型的轴向应力的应力路径相关性,研究各模型的适用性.对于设计型模型,由于施工工艺、产品材料以及测量方法的差异引起的围压比的不确定性是影响其适用性的主要因素;对于分析型模型,应力路径相关性是影响其适用范围的主要原因.分析结果表明:当主动约束与被动约束达到相同值时的轴向应力比不为1,该应力比与侧向约束刚度比呈线性反比关系.在现有的分析型模型中引入轴向应力比是扩大该类模型适用范围的关键.

预制装配式混凝土螺旋箍筋约束浆锚钢筋搭接性能研究现状

介绍了预制装配式混凝土螺旋箍筋约束浆锚钢筋搭接研究现状,并分析了目前各规范对此种搭接方式相关规定的异同,整合国内现有针对预埋孔道浇筑高强灌浆料的螺旋箍筋约束浆锚钢筋搭接拉拔试验研究,形成以保护层厚度、钢筋直径及螺旋箍筋体积率为参变量影响下的黏结强度的数据库,回归得到黏结强度经验公式。

FRP筋混凝土板冲切承载力计算方法

基于临界剪切裂缝理论,提出FRP筋混凝土板冲切承载力的计算方法.该方法考虑拉伸刚化效应的混凝土拉伸应力-应变关系,利用截面分析法确定FRP筋受弯构件的弯矩-曲率关系.根据混凝土板的变形假定、弯矩-曲率关系以及板的平衡方程,确定FRP筋混凝土板的需求曲线.收集文献中试验数据对该计算方法进行验证,并将其与其他计算模型进行比较分析.参数分析结果表明:随着混凝土强度与柱头尺寸的增加,FRP筋板承载力名义应力相应降低,混凝土板的延性呈现增长趋势;随着配筋率与厚度的增加,板冲切承载力的名义应力增大,配筋率与厚度的增加会导致板延性降低,因此在设计中应充分考虑板厚与配筋率对FRP筋混凝土板延性的影响.

钢筋黏结锚固数值模拟法应用于浆锚钢筋搭接的适用性分析

钢筋搭接是钢筋混凝土结构中受力筋的主要连接方式。在装配式结构中,钢筋的搭接形式受施工条件限制与现浇结构不同。在我国,主要的搭接形式有螺旋箍筋约束浆锚钢筋搭接和波纹管约束浆锚钢筋搭接,通过增设螺旋箍筋或波纹管降低钢筋搭接最小搭接长度理论值,提高现场连接施工可靠度。通过分析该搭接形式的受力机理,归纳总结了简化桁架模型、局部断面模型和实体有限元模型3种常见数值分析模型的建模方法,并针对2种新型搭接形式分析了各类模拟方法的优点、局限性以及仍需后续研究的新问题。

螺旋箍筋约束叠合剪力墙14 mm竖向钢筋搭接性能试验研究

针对螺旋箍筋约束叠合剪力墙14 mm竖向钢筋搭接试件进行了拉拔试验,共设计了7个试件.为避免加载偏心,试件采用2对2搭接方式,试验参变量为搭接长度(0.25l_(a),0.45l_(a),l_(a)为钢筋基本锚固长度),配箍率(0,0.8%,2.8%,3.1%)和混凝土强度(C45,C55).其中,4个试件的搭接钢筋预先开槽,重点研究不同参变量对粘结应力分布规律的影响.搭接长度为0.45l_(a)试件组的试验结果表明:当配箍率为0.8%时,搭接试件叠合界面不发生劈裂破坏,钢筋屈服后拔出,峰值强度和对应滑移值较无箍筋约束试件的特征值分别提升了27.1%、158.4%;当配箍率从0.8%增加到2.8%时,峰值强度和对应滑移值分别提升了2.1%、38.1%,钢筋被拔出并拉断.开槽钢筋的搭接性能试验结果表明:搭接长度为0.45l_(a)时,试件的应力分布均呈多峰型分布,无箍筋试件的最大应力峰靠近自由端,2.8%配箍率试件的最大应力峰靠近加载端,两试件最大应力峰峰值分别为20.9 MPa,20.2 MPa,相差3%;搭接长度为0.25l_(a),配箍率为3.1%时,两种不同混凝土强度试件的粘结应力分布均呈双峰型分布,两试件最大应力峰峰值分别为17.37 MPa,17.5 MPa,相差1%.

新型被动式真三轴试验装置

为探究混凝土在被动约束机制下的多轴本构关系,采用玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋和钢板作为组成侧向围压装置的主要部件,采用万能试验机作为竖向加载装置,形成新型被动式真三轴试验装置.该装置可在两垂直方向施加互相独立的随混凝土侧向膨胀线性增长的被动约束.通过单根GFRP筋及侧向围压装置的轴拉试验,验证采用同种GFRP筋的侧向围压装置的被动约束刚度的恒定性和可重复性,并确定不同GFRP筋直径对应的侧向刚度值.对12个100mm×100mm×100mm的混凝土立方体试块进行双向等约束的被动式真三轴试验.立方体试块的力学性能与FRP布约束混凝土标准圆柱的轴压结果类似,极限强度随约束刚度比的增长而增长.该装置可为混凝土提供有效的被动围压,替代FRP包裹圆柱的试验方法,为被动约束下混凝土的本构关系研究提供试验基础.

玄武岩纤维网格拉伸性能试验研究

玄武岩纤维是继碳纤维、玻璃纤维后又一种无机高性能纤维材料,具有无长期蠕变、物理化学性能稳定、热稳定性好等优异性能。基于国内现行可应用于纤维网格材料拉伸测试的规范对加载应变速率存在差异,研究了该材料在静态与准动态应变速率范围内不同应变速率对3种规格型号的玄武岩纤维网格单轴拉伸性能的影响,并分析了纤维束初始波状弯曲、纤维束截面面积、网格尺寸、树脂浸渍程度对玄武岩纤维网格基本抗拉力学性能的影响及原因,可为今后该材料用于建筑加固的结构设计和材料生产质量管理提供参考。

减摩擦垫层对混凝土轴压试验的影响

聚四氟乙烯(PTFE)是一种低摩擦耐摩材料,在混凝土受压试验中被作为一种良好的减摩材料,但针对PTFE材料对混凝土力学特性影响的研究较少。本文采用100×100×100mm混凝土试块,结合试验装置加载板能否转动,研究PTFE层数及黄油对混凝土试块应力-应变曲线、峰值应力、峰值应力对应应变以及偏心的影响。研究发现:2层0.05mm厚PTFE接近最佳的减摩效果,且在竖向荷载达到60%的极限荷载(不加减摩层)以后PTFE的减摩效果明显,底部球铰可以有效地减小混凝土试块的偏心。试验结果为混凝土单轴及多轴试验提供了参考依据。

浓海水-海砂混凝土的基本力学性能

目前所有的海水淡化过程都会产生高浓度的废水,如何消耗这些废水对于减轻海洋生物生存环境的影响是很重要的。本文研究了在混凝土中用浓海水和海砂替代淡水和河砂的可行性。试验设置三个对照组,工业拌合水(普通河砂)、标准盐度海水(未淡化海砂)和淡化余留浓海水(未淡化海砂)为拌合水变量,每组设置3个水灰比。测试不同养护龄期混凝土的抗压强度(7 d和28 d)和孔结构属性(28 d),分析了浓海水和海砂的引入对混凝土的抗压强度、工作性、pH值、吸水率、孔隙率、累计孔体积和贡献孔隙率的影响。本文研究的结论将为综合利用海洋资源及处理淡化废水提供依据,同时也是在海洋环境中浓海水-海砂混凝土(CSSC)长期耐久性的基础。

预制预应力混凝土结构(建筑与管廊)受力性能研究进展

预制预应力混凝土结构兼有预制混凝土结构和预应力混凝土结构的特点,在建筑和基础设施领域中具有良好的应用前景。系统总结了包括本课题组在内的国内外研究团队关于预制预应力混凝土框架、剪力墙和综合管廊结构受力性能的研究进展,研究对象主要包括预制预应力混凝土框架结构(预制节点核心区和现浇节点核心区两类)、预制预应力混凝土剪力墙结构和预制预应力混凝土综合管廊结构。已有研究表明:上述三种预制预应力混凝土结构均具有良好的承载力和变形恢复能力;采用现浇节点核心区的框架结构总体抗震性能“等同现浇”,而相比之下,采用预制节点核心区的预制预应力混凝土框架结构则具有典型的半刚性特征,延性和耗能稍差;预制预应力混凝土剪力墙结构在地震作用下的变形以刚体转动为主,墙体自身损伤和残余变形均较小,延性和耗能较差;预制预应力混凝土综合管廊整体结构具有良好的防水性能、较高的承载力与变形恢复能力。此外,还介绍了上述三种预制预应力混凝土结构的工程应用和技术标准现状。最后,对预制预应力混凝土结构的研究方向进行了展望。

持续荷载下预应力纤维增强复合材料筋混凝土梁变形性能研究进展

持续荷载作用下,纤维增强复合材料(FRP)筋蠕变松弛和混凝土收缩徐变引起的过大的附加变形将影响预应力FRP筋混凝土(FRP-PC)梁的正常使用。通过对FRP-PC梁长期性能及其设计方法的最新研究进展进行综述,归纳了不同FRP筋的蠕变和松弛特性及其预测方法,总结了有关有黏结FRP-PC梁和体外FRP-PC梁的长期性能试验结果,介绍了基于按龄期调整有效模量法(AEMM)或基于积分型徐变表达式的FRP-PC梁变形性能时随有限元分析方法,以及相应的多参数分析结果,分析了FRP-PC梁长期变形的计算理论与简化设计方法。最后,对今后FRP-PC梁长期性能的研究方向进行了展望。

成型钢筋混凝土构件(梁、柱、墙)抗震性能研究进展

成型钢筋具有广阔的应用前景。首先介绍了工程中典型成型钢筋的制备工艺及其在实际工程中的应用现状。然后,概述了成型钢筋混凝土构件(梁、柱、墙)抗震性能的研究进展,重点介绍了本课题组近年来开展的成型钢筋混凝土构件(14根梁、20根柱、6片剪力墙)的抗震性能试验研究。研究表明,与绑扎钢筋相比,采用弯网、穿箍、绕箍成型钢筋的混凝土构件均具有良好的抗震性能。最后,简要介绍了国内首部适用于成型钢筋混凝土构件(梁、柱、墙)的技术标准《成型钢筋混凝土结构设计标准》(DG/TJ 08-2414—2023)。

纤维网格增强超高韧性水泥复合材料加固混凝土圆柱受压性能试验

为提升纤维增强聚合物复合材料(FRP)在加固材料中的优势和发挥效率,同时克服传统纤维网格增强砂浆的抗裂性差的缺点,将超高韧性水泥基材料(ECC)替代砂浆作为FRP网格无机黏结剂的新型复合材料已被提出,但仍缺乏相关的基础研究。本文以新型聚乙烯型ECC为基材,重点研究FRP grid/ECC加固混凝土柱的加固机制。以标准混凝土圆柱为试验对象,采用新型ECC材料为基材的FRP grid/ECC复合材料,以不同强度素混凝土、不同网格材料(玄武岩纤维增强聚合物复合材料(BFRP)与碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)网格)为试验变量,研究了该加固方式下对混凝土轴心受压性能的影响。试验结果表明,该加固方法可有效改善素混凝土脆性压溃破坏模式,提高峰值强度及受压延性。基于FRP grid/ECC材性特征,提出两阶段FRP grid/ECC加固机制,并基于该机制提出加固素混凝土圆柱承载力计算方法。