超强韧性混凝土与GFRP筋黏结性能研究

超强韧性混凝土(PP ECC)与玻璃纤维增强塑料(GFRP)筋均是新型建筑材料,与传统材料相比,其各项机械性能优异,应用前景广阔。研究通过黏结试验,分析了试件的不同的破坏形式,黏结滑移曲线的特点,明确了玻璃纤维增强塑料筋直径、聚丙烯(PP)纤维掺量、GFRP筋黏结长度及材料类型对耗能和黏结性能的影响,最终确定了超强韧性混凝土最佳纤维掺量及其与玻璃纤维增强塑料筋的合理锚固长度计算方法和数值。

钢纤维混凝土的配合比优化设计

水泥基复合材料均为抗拉性能低的脆性物质.加入随机分布的纤维会显著提高其断裂强度.素混凝土在加入纤维后会破坏原有的颗粒状骨架并降低配合物的和易性,使纤维混凝土的施工产生困难.针对配合初始和硬化后两种状态,提出钢纤维混凝土全新的配合优化设计过程,给出了考虑纤维、外加物、水及水泥用量后和易性与时间的关系.研究了根据该优化方法所制得的试件在受压和受弯下的力学性能,并证明它比Swamy法更为优越.

聚丙烯纤维掺量对磷酸镁水泥混凝土性能影响

目的研究聚丙烯纤维掺量对磷酸镁水泥混凝土力学性能和耐久性能的影响,得出其在磷酸镁水泥混凝土中的最佳掺量.方法在磷酸镁水泥混凝土中掺入不同掺量的聚丙烯纤维,通过抗折、抗压、耐磨、抗冻等试验,分析其产生的影响.结果当聚丙烯纤维掺量分别为0.9 kg/m^3和1.1 kg/m^3时,磷酸镁水泥混凝土试块的抗折强度比不掺加聚丙烯纤维时分别提高了33.3%和18.5%;当聚丙烯纤维掺量为1.1 kg/m^3时,磷酸镁水泥混凝土的单位面积磨损量比不掺加聚丙烯纤维的混凝土试块降低了25.4%;当磷酸镁水泥混凝土试块中聚丙烯纤维掺量为1.1 kg/m^3时,混凝土的相对动弹性模量损失最小,抗冻性能最好;聚丙烯纤维在磷酸镁水泥混凝土中的最佳掺量为1.1 kg/m^3.结论聚丙烯纤维是一种弹性模量低、强度高、耐磨、耐腐蚀的合成纤维,掺入到磷酸镁水泥混凝土中可以有效地提高混凝土的抗压强度、抗折强度、耐磨和抗冻等性能.

素混凝土与纤维混凝土疲劳性能的研究

目的研究素混凝土和纤维混凝土疲劳性能.方法通过纤维体积率等不同参数比较了素混凝土和纤维混凝土的疲劳性能.结果素混凝土不存在疲劳极限;纤维混凝土是否存在确定的疲劳极限值仍属未知;钢纤维提高混凝土疲劳性能在受弯作用下比受压要好很多.结论尽管关于混凝土疲劳特性的说法并不统一甚至矛盾,但多数研究认为纤维的存在有益于改善混凝土的疲劳特性.

钢纤维混凝土边节点抗震性能研究

目的提高框架结构梁柱(钢纤维混凝土-钢筋)节点的延性并掌握其损伤、破坏的发生和发展情况.方法进行足尺寸试件在低周期反复载荷作用下边节点的力学性能的试验分析.结果根据试验结果得到强度、损伤以及能量分布规律,对节点破坏机理、破坏过程和破坏因素有更进一步的了解.结论节点中加入钢纤维混凝土和减少箍筋间距可以增加其延性和强度,提高结构的抗震性能.

钢筋增强PP ECC长柱试验

目的研究钢筋增强PP ECC长柱力学性能,以期满足工程设计的抗震要求.方法对6根钢筋增强PP ECC柱和1根混凝土长柱进行轴压试验研究,分析不同长细比、龄期、配筋率等参数对柱子的破坏形态、变形特点和力学性能的影响.结果试验参数范围内,轴压长柱的承载力随着长细比的增加缓慢下降,PP ECC柱的破坏形态与普通混凝土明显不同.极限状态时,PP ECC的裂纹宽度控制在0.05 mm以内,并且未出现PP ECC的压溃崩碎现象.PP ECC的承载力随着配筋率的增加而增加,但延性呈缓慢下降趋势.随着龄期的增长,PP ECC延性有所下降,承载力虽然呈上升趋势,但变化不明显.结论轴压PP ECC柱的破坏形态未出现普通混凝土的压溃崩碎现象,其延性优于普通混凝土,抗震性能优异.

水泥基复合材料中纤维拉拔的变位约束细观力学模型

从细观尺度研究受拉水泥基复合材料中倾斜纤维的桥联行为,以分析承受轴向拉伸的随机各向分布纤维增强混凝土的力学性能。将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算有效描述受拉纤维混凝土的受力过程。给出了拉拔力、拉拔总功与裂纹张开位移和纤维倾斜角的函数关系。结果表明,增加纤维的倾斜角度会降低纤维的裂纹桥联力,拉拔力和拉拔总功的理论计算结果与试验结果有较好的一致性。

钢筋增强PP ECC梁滞回性能试验研究

进行了5根钢筋增强PP ECC梁及1根钢筋混凝土梁的滞回性能试验研究,试验的主要参数为纤维掺量,龄期及配筋率。试验表明,PP ECC梁的破坏形态与普通混凝土明显不同,极限状态时,其裂缝宽度控制在0.3mm以内,未出现压碎现象。极限承载力随着配筋率的增加而增加,而延性呈缓慢下降趋势。随着龄期的增长,承载力呈上升趋势,延性有所下降。在试验参数范围内,纤维掺量对其滞回性能影响总体不大。与普通钢筋混凝土相比,其耗能能力为其2.4倍左右。试验结果证实PP ECC对于提高构件或结构的抗震能力有明显效果。

钢筋和型钢混凝土异形柱的静力和动力有限元分析

目的验证SRC和F-SRC结构的性能,为试验研究和实际工程应用提供参考依据.方法笔者运用有限元软件对型钢混凝土异形柱构件的受力性能进行模拟计算,采用模态分析的方法对其在不同配钢率下的自震周期进行研究,并对配钢率为6.11%的柱进行振型分析.结果普通钢筋混凝土异形柱在加入型钢后承载力大幅度提高,加入型钢钢骨后柱的耗能效果更明显,且抵抗竖向地震作用的能力也比无骨柱有所提高.结论虽然F-SRC相比于SRC在承载力上提高一些,但同时也会造成材料的大量消耗.自振周期随配钢率的增大而减小,说明构件的刚度随配钢率的增大而增大.

磷酸镁混凝土的耐腐蚀性能研究

目的研究解磷酸镁混凝土的耐腐蚀性能,以减小混凝土路面的腐蚀破坏.方法在磷酸镁混凝土中掺入铁盐、矿合物掺料(硅灰)、聚丙烯纤维,分别置于10%NaOH溶液、10%H2SO4溶液、5%NaCl溶液及H2O中,研究磷酸镁混凝土的抗压强度、体积稳定性和强度保留率,确定其耐腐蚀性的优劣.结果磷酸镁混凝土在不同溶液中表现的强度随时间变化趋势基本相同,掺加铁盐、矿合物掺料和聚丙烯纤维可以有效改善混凝土后期因溶液腐蚀造成的强度倒缩现象;体积膨胀率在14~28 d时期增长明显,28 d以后变化较小.结论适量铁盐、磷酸盐、矿合物掺料、聚丙烯纤维均能改善磷酸镁混凝土的抗腐蚀性能.

检查井预制混凝土盖板有限元分析

利用ANSYS有限元软件,通过对检查井结构进行整体建模和计算,对已确定尺寸和配筋的预制混凝土盖板进行了重点分析。分析结果表明,预制混凝土盖板内钢筋应力小于屈服应力,且混凝土的抗拉、抗压强度均满足要求。

随机缺陷对PVA-ECC多裂纹破坏的影响

通过引入合适尺寸的低强度颗粒作为人造初始缺陷以提高PVA-ECC多重饱和裂纹破坏的性能。根据细观力学和断裂力学理论提出发生应变强化和多裂纹破坏的能量与强度准则,试验中引入与PVA-ECC中最大的固有孔洞尺寸大小相当的Norlite人造缺陷尺寸。进行了轴向受拉PVA-ECC试件中仅含有天然缺陷和引入人工缺陷后多重裂纹的对比破坏试验。结果表明,PVA-ECC材料的延性和应变强化等性能取决于基体断裂强度以及缺陷分布等特性,缺陷数量较少时裂纹数量不会达到饱和状态,纤维最大桥联应力要求只有在缺陷尺寸超过一定临界值时才能激发萌生裂纹从而导致多重饱和裂纹破坏。Norlite人造缺陷可以有效地改善水泥基复合材料的延性和应变强化性能。

超强韧性纤维混凝土的叠层修补试验研究

为了改善破损混凝土的修补工艺与修补质量,进行了超强韧性纤维混凝土进行叠层修补体系试验的研究.通过素混凝土与超强韧性纤维混凝土的修补体系的对比,研究了在试验中观察到的修补系统内部界面裂纹的扩展和分叉裂纹的捕获过程及产生机理.试验结果表明,超强韧性纤维混凝土叠层修补体系的承载能力和延性相对于传统混凝土的修补体系有了明显的改善,产生不同于传统的脱层失效模式或剥落失效模式.超强聚丙烯纤维混凝土作为叠层修补材料时会产生独特的多重裂纹破坏模式,该特征使其成为耐久性修补工程应用所需的理想材料.

纤维对混凝土抗裂性能影响的有限元分析

以钢纤维在受力方向均匀分布的纤维混凝土板为模型,对不同载荷、不同纤维长径比的几个算例进行了ANSYS有限元分析。各个情况下纤维和基体应力和应变情况的对比研究表明,裂纹的开裂扩展由基体的材料性能决定,纤维混凝土与基体材料具有相同的弹性阶段,纤维的作用在基体开裂后才能得到充分发挥。此外,纤维在混凝土硬化过程中的主要效应为降低塑性裂纹和内部微裂纹的数量和尺度,提高混凝土材料介质的连续性,并最终改善混凝土的综合性能。

磷酸盐快补材料的耐水性试验研究

为了解磷酸盐快补材料的耐水性能,通过不同温度下静止和流动水养护对磷酸盐快补材料的力学性能、体积稳定性和强度保留率等影响结果的统计分析来确定其耐水性优劣,进而探索改善磷酸盐快补材料耐水性的措施。结果表明:磷酸盐快补材料在自然养护条件下强度最高,60 d抗折强度和抗压强度分别为11.50 MPa和73.54 MPa,在水养条件下强度会发生一定的倒缩,尤其是流动水养护对强度影响更为显著,60 d抗折强度和抗压强度的最小值分别为5.30 MPa和26.56 MPa,强度保留率最小值达到24.88%。研究结果可为磷酸盐快补材料的推广应用提供一定的指导。

铬渣作为细集料的材料性能及应用探究

通过对包头某铬渣厂的新老铬渣作为细集料的基本材料性能进行试验探究,并加入不同掺量的新老铬渣做成水泥固化铬渣试块测试其3、28 d的抗压抗折强度,证实解毒后的铬渣具有作为公路水泥混凝土的细集料的可能性。

焊缝与螺栓混合连接梁柱钢节点的残余应力有限元分析

考虑温度变化对钢材物理性能和力学性能的影响,以热-弹塑性理论为基础,建立梁柱节点顶底角钢焊缝、螺栓混合连接的三维仿真模型.利用有限元分析软件ANSYS模拟钢结构梁柱节点在焊接和冷却阶段的温度场,并求解得到残余应力的分布.结果表明,焊缝区域主要以拉应力为主,残余应力在焊缝和螺栓等不同部位的分布不同.最大残余应力出现在顶角钢与梁翼缘的焊缝处,最小残余应力出现在柱与角钢连接处,分别是设计强度值的220.8%和11.45%,与《钢结构设计规范》中的规定基本相符.

磷酸盐快补材料的耐腐蚀试验

目的研究不同腐蚀介质对磷酸盐快补材料的影响,为防腐蚀设计提供理论基础.方法根据现有磷酸盐快补材料耐腐蚀的定义和评价指标,研究5种腐蚀介质对磷酸盐快补材料力学性能、体积稳定性和强度保留率的影响,进而得出其耐腐蚀能力的强弱.结果磷酸盐快补材料的抗压和抗折强度随龄期的增长其变化趋势大致相同.各种溶液中的磷酸盐快补材料的干缩率随龄期的增加而增加,28d龄期以前的增长幅度较大,后期增长幅度明显降低.磷酸盐快补材料在5种腐蚀介质中的强度保留率最高为53.91%,最低22.43%.结论磷酸盐快补材料在盐腐蚀介质中,耐腐蚀较强;在酸碱腐蚀介质中,耐腐蚀较差.

FRP筋增强PPECC梁滞回性能试验研究

地震来临时释放大量的能量,结构也受到往复载荷并发生严重破坏。事实上,结构倒塌现象不应该发生,从而使其在地震后的修复经济上可行。本文进行了5根FRP筋增强PPECC梁及1根FRP筋混凝土梁的滞回性能试验研究。养护龄期、配筋率及纤维掺量是试验中主要的控制参数。试验结果表明,由于PP纤维的作用,试件在达到极限承载力时会出现多重饱和裂纹破坏形态但不会被压碎,部分试件中出现FRP筋滑移现象。PPECC梁有与普通混凝土梁明显不同的破坏形态。随着配筋率和龄期的增加,极限承载力提高而延性下降。试验结果证实,PPECC明显地提高了构件或结构的抗震能力。

纤维混凝土弹性模量的细观力学求解方法

应用细观力学理论中的Mori-Tanaka法和Eshelby等效夹杂法求解了纤维混凝土的弹性模量,对影响纤维混凝土弹性模量的若干参数进行讨论,得出纤维混凝土的弹性模量为砂、石、纤维和水泥(基体)4种组分物理性能和体积率等不同参数的函数。通过比较理论解和已有试验数据可知,二者吻合较好,证明利用细观力学的理论求解纤维混凝土弹性模量是一种可行并有效的方法。