钢-UHPC轻型组合结构短栓钉抗剪性能试验研究

通过6个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合结构短栓钉推出试验,对其抗剪承载力、破坏形态、栓钉应变及荷载-滑移曲线进行了研究,探讨了栓钉直径、长度、数量以及界面黏结对短栓钉抗剪性能的影响规律.结果表明:所有试件均为栓钉根部剪切破坏,UHPC板除栓钉根部沿承压方向部分UHPC压碎外,其余部分保持完好,UHPC可以抵抗栓钉传递的高压应力;栓钉根部截面屈服后应力强化阶段明显,栓钉发生剪切破坏时,栓钉根部上侧应变超过3500με;长径比为2.0的短栓钉在UHPC中也能发挥全部强度;所有试件的荷载-滑移曲线分为弹性、弹塑性和塑性3个阶段,所有短栓钉的最大滑移量均小于4 mm,工程应用时应按照弹性剪力连接件进行设计;栓钉直径对栓钉抗剪性能提高最显著,直径16 mm的栓钉比直径13 mm的栓钉的抗剪承载力和极限滑移分别提高了46.4%和11%,弹性刚度和塑性刚度分别提高了35.8%和59.1%,增加栓钉长度和界面黏结能有效提高栓钉的剪切刚度,长径比为3.0的栓钉比长径比为2.5的栓钉的弹性刚度提高了12.3%,界面有黏结试件比界面无黏结试件的弹性刚度提高了17.4%;相同间距内,合理增加更多栓钉有利于提高整体抗剪强度,但会降低延性变形能力.最后,结合实验数据和国内外UHPC中栓钉推出试验结果,建立了UHPC中栓钉荷载-滑移曲线和抗剪承载力预测表达式,计算值与试验值吻合良好.

混杂网格增强超高性能混凝土双向板的弯曲性能

网格增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有轻质、高强、耐久性好等特性,已应用于薄壁结构和工程加固领域,但单一网格很难实现高效的增强增韧效应.为研究混杂网格增强UHPC双向板的抗弯性能,对3个钢丝网格与玻璃纤维网格混杂增强UHPC板、3个钢丝网格与玄武岩纤维网格混杂增强UHPC板、6个单一网格增强UHPC板和1个无网格UHPC对照板进行弯曲试验,研究网格种类、总层数及铺层方式对其破坏形态、承载能力和弯曲韧性的影响.结果表明:与单一钢丝网格板和单一玻璃纤维网格板相比,钢-玻璃纤维网格混杂板开裂后表现更显著的硬化现象,在连续网格与混杂短纤维协同效应下,板呈现多裂缝破坏模式,延性较理想.铺设2层网格时,钢-玻璃纤维网格混杂板的承载能力较单一钢丝网格板提升23.7%,且其在20 mm挠度处的残余承载力较单一玻璃纤维网格板提升28.2%;钢-玄武岩纤维网格混杂板峰前阶段的能量吸收值和20 mm挠度处的残余承载力均优于单一玄武岩纤维网格板.网格总层数为3层时,与单一玄武岩纤维网格板相比,2层钢丝网格与1层玄武岩纤维网格混杂增强板在峰前挠度为2 mm时的能量吸收值提高了21.6%,20 mm挠度处的残余承载力提高了42.6%.钢-玻璃纤维网格混杂板的网格强度利用率最理想,其承载能力、能量吸收值及弯曲韧性指标均高于钢-玄武岩纤维网格混杂板.最后,考虑网格强度有效利用率建立了混杂网格增强UHPC双向板抗弯承载力理论公式,适用性良好.

高强钢筋超高性能混凝土框架结构易损性分析

为了研究高强钢筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)结构的抗震能力,本文选取了8条地震动分别对普通钢筋混凝土框架结构(模型Frame-C)和高强钢筋UHPC框架结构(模型Frame-UHPC)进行了增量动力分析,分别以最大层间位移角和谱加速度为结构需求参数和地震动强度参数,拟合出概率地震需求模型,进而计算出2个模型的地震易损性曲线,得到了结构的风险预测和损伤评估结果。研究结果表明:规范性态点下,相较于模型Frame-C,模型Frame-UHPC达到最大中等破坏或严重破坏状态概率时所对应的地震动强度更大,表明模型Frame-UHPC在强震作用下具有更好的抗震能力;小震作用下,模型Frame-UHPC的易损性指数明显小于模型Frame-C,体现了高强钢筋UHPC结构的高强优势。当使用规范性态点时,2个模型在中震和大震作用下的易损性指数相差较小,模型Frame-UHPC不能充分发挥UHPC和高强钢筋的材料优势。通过对文献中配筋UHPC柱数据整理分析,给出了适用于模型Frame-UHPC的建议性态点。与规范性态点相比,建议性态点下模型Frame-UHPC达到极限状态的概率更低,易损性指数也明显减小,小震和中震所应对的易损性指数分别减小了19.5%和42.3%,模型Frame-UHPC在建议性态点下可以更好地发挥其材料优势。

混杂纤维增强超高性能混凝土弯曲韧性

为研究混杂纤维增强超高性能混凝土(UHPC)的增韧特性,本文通过33个四点弯曲梁试验研究了单掺钢纤维,单掺钢纤维分别与粗聚烯烃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维混掺对改善超高性能混凝土梁弯曲韧性的贡献。测定了荷载-挠度全曲线,分析了纤维品种、几何尺寸对梁增韧效果的影响,并对试件断面形态进行了微观电镜扫描。结果表明:与单掺钢纤维相比,混杂纤维超高性能混凝土具有良好的弯曲变形硬化特性,变形后期仍然具有较高的承载力。本文提出的硬化指数可以较好地表征混杂纤维超高性能混凝土硬化特性。本文明确了混杂纤维超高性能混凝土的增韧特性和增韧机理,提出了混杂纤维超高性能混凝土弯曲韧性的评价指标,为实际工程应用提供参考。

双层玻璃纤维网格增强环氧砂浆单面加固砌体墙抗震性能试验研究

为研究双层玻璃纤维网格增强环氧砂浆单面加固砌体墙的抗震性能,对两个高度为1200 mm、宽度为1600 mm、厚度为240 mm的砌体墙进行低周往复试验。试验结果表明:1)双层玻璃纤维网格增强环氧砂浆抗震加固技术切实可行,加固后的墙体破坏形态由脆性转为延性;2)加固后能够降低裂缝扩展速率,减小裂缝宽度;3)显著提高了墙体承载力与变形能力,峰值荷载约提高了91.5%,开裂荷载约提高了20.4%,墙体开裂位移提升了20.0%;4)加固墙体的滞回曲线更加饱满优良,可恢复性变形增加,残余变形更小。本文成果可为砌体墙的加固工程提供一定的借鉴与参考。

高强钢丝布对UHPC双向板弯曲性能的影响

为研究高强钢丝布(high strength steel wire cloth,SWC)及与混杂纤维的协同效应对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)双向板抗弯性能的影响,本文进行了四边简支弯曲试验,设计变化参数为SWC层数和混杂纤维种类。结果表明:UHPC双向板的承载能力随层数的增加而提高;相比于铺设2、3层SWC的UHPC板,铺设1层SWC的板破坏时变形能力最好;从提高UHPC板承载能力和弯曲韧性的角度出发,与SWC协同效应最佳的短切纤维顺序依次为:钢纤维、聚甲醛纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维。纤维体积掺量为1.5%时,全掺钢纤维的SWC板承载力最高,掺1.0%钢纤维和0.5%聚乙烯醇纤维的SWC板破坏时变形能力最好;玄武岩纤维相较其它纤维对UHPC板的增强效果最弱。

多组合混杂纤维增强UHPC断裂特性试验研究

为研究混杂纤维增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)的断裂性能,对带预制裂缝UHPC梁进行了三点弯曲断裂测试,以研究钢纤维分别与6种非金属纤维混掺对断裂性能的影响.钢纤维体积分数为1.3%,混掺合成/无机纤维体积分数均为0.5%.通过测得荷载-裂缝嘴张开位移(P-D)曲线,分析了起裂韧度、失稳韧度、断裂能等断裂参数,研究了切口梁弯曲强度、残余强度等.试验表明:混掺纤维UHPC的P-D曲线具有明显的二次强化特性,钢纤维与其他非金属纤维混掺具有一定的协调阻裂、控裂能力.混掺合成/无机纤维提高了切口梁裂后的变形能力;混掺直径为0.15 mm的聚烯烃纤维有利于提高断裂能;混掺直径为0.04 mm的聚乙烯醇纤维可明显提高UHPC断裂参数;混掺玻璃纤维有利于提高UHPC抗断裂能力,其长度不宜大于12 mm;聚酯纤维的直径不宜大于0.75 mm;混掺弹性模量较高的非金属纤维更有利于改善UHPC抵抗断裂的能力,混掺纤维后显著提升了UHPC的断裂能.

高强钢筋超高性能混凝土梁的使用性能研究

为研究高强钢筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)梁的正常使用性能,对6根UHPC梁进行了正截面弯曲性能试验,总结高强钢筋UHPC梁的荷载-挠度变化规律,研究其开裂弯矩、短期刚度、裂缝宽度及相应的计算方法。以《混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)》为基础,根据试验结果回归出高强钢筋UHPC梁开裂弯矩的截面抵抗塑性影响系数表达式,确定了高强钢筋UHPC梁的钢筋应变不均匀系数、开裂截面内力臂系数和平均综合应变系数,从而得出高强钢筋UHPC梁短期刚度的计算公式,并按钢纤维混凝土计算方法对梁的短期刚度进行了修正计算和对比分析,为实际工程应用提供依据。

纤维素纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性

研究了纤维素纤维UF500增强混凝土的抗弯韧性,同时进行了合成纤维、钢纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性试验,测定了纤维混凝土梁的荷载一挠度全曲线.基于美国ASTM方法,分析了纤维素纤维、合成纤维、钢纤维及其混杂纤维增强混凝土的弯曲韧性.研究表明,纤维素纤维可提高混凝土抗弯韧性和变形能力,韧性指数I_5、J_(10)分别比素混凝土提高了3.0和5.8倍;在纤维体积率相同情况下,纤维素纤维混凝土抗弯韧性高于聚丙烯纤维混凝土;纤维素纤维和钢纤维混杂使用显著改善了混凝土的韧性和变形性能,使混凝土由脆性破坏变为延性破坏.

聚丙烯纤维混凝土直接拉伸性能的试验研究

重点研究聚丙烯纤维增强混凝土在单轴直接拉伸荷载下的力学性能和纤维混凝土的单轴拉伸应力变形全曲线。提出单轴拉伸相对应力裂缝宽度曲线的理论方程式。由单轴拉伸全曲线得到了纤维混凝土的应力裂缝宽度曲线、断裂能及特征长度等。试验发现:当纤维体积掺量为0 14%时,纤维混凝土的轴心抗拉强度比基准混凝土提高20%,极限拉伸应变提高49%,断裂能提高68%,临界断裂时的最大裂缝宽度增加55%。聚丙烯纤维具有良好的阻裂性能,增强了硬化混凝土的能量吸收能力。

纤维混凝土的抗弯冲击性能

纤维的最显著优势是提高了混凝土的动载性能,过去对动载性能的研究很少,掌握纤维混凝土的动载性能对设计承受冲击、撞击荷载的结构非常重要,有助于配制性能优良的纤维混凝土。本文采用自制的落锤抗弯冲击试验装置,测定了玻璃纤维、全掺钢纤维、层布钢纤维混凝土的抗弯冲击性能。研究证明:层布钢纤维混凝土破坏时的冲击次数比全掺钢纤维混凝土高,全掺钢纤维、层布钢纤维混凝土的抗弯冲击性能优于玻璃纤维。

混杂纤维活性粉末混凝土梁抗剪性能试验研究

为了研究高强钢筋混杂纤维增强活性粉末混凝土(Hybrid Fiber Reinforced Reactive Powder Concrete,HFRPC)抗剪性能,进行12根HFRPC梁抗剪试验,变化参数包括:剪跨比、配箍率、箍筋强度、箍筋放置角度和纤维掺量等。试验结果表明:混杂纤维显著改善了RPC梁的抗剪变形能力,使梁由脆性剪切破坏变为延性破坏,粗聚烯烃纤维有效阻止了临界斜裂缝的扩展,峰值荷载后承载力下降缓慢,梁斜裂缝条数增多、宽度减小;剪跨比为3.5时,发生了以斜拉破坏为主的剪切破坏;剪跨比增加,承载力下降;高强箍筋屈服,配箍率由0.42%提高到0.64%时,剪跨比为1.5、2.5和3.5,抗剪承载力分别提高22.1%、7.1%和8.1%,再增加配箍率对抗剪承载力的增强作用不大;钢纤维体积率由1%提高到2%,抗剪承载力约提高17.0%。采用现有规范计算梁的抗剪承载力会导致过于保守;法国规范是针对RPC建立的公式,但离散系数大,斜拉破坏时计算值偏不安全。首次提出了剪切韧性指数的概念,以表征混杂纤维增强RPC梁的剪切变形能力和韧性;基于塑性理论,在抗剪承载力公式中首次引入塑性剪切系数,以考虑混杂纤维阻裂、桥联作用和剪跨比对剪切承载力和变形的影响,理论计算值与试验值吻合良好。

层内混杂FRP加固混凝土柱抗震性能

为了研究将延性好的混杂纤维布(HFRP)用于结构抗震加固的可行性,通过7根钢筋混凝土方柱的低周反复推拉加载试验,研究了HFRP加固混凝土方柱的抗震性能,分析了HFRP加固方柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化以及耗能能力,探讨了轴压比、HFRP粘贴层数以及配箍率对HFRP加固方柱抗震性能的影响.试验表明:粘贴HFRP能有效提高方柱的抗震性能;轴压比对HFRP加固方柱的影响较大,低轴压比更有利于HFRP对混凝土柱约束作用的发挥,轴压比越高,越不利于HFRP后期约束作用的发挥,柱延性越低;增加HFRP层数在低轴压比时方柱抗震性能提高明显,而在高轴压比时效果不大;配箍率的增大能提高方柱抗震性能,有利于方柱抗震.

高性能混凝土徐变规律的试验研究

利用人工气候环境室,在同一环境下,保持恒定温度和湿度,对不同外加剂、外掺料的高性能混凝土进行了徐变试验研究.测定出6种不同外加剂、外掺料对高性能混凝土徐变性能的影响.根据数据和理论分析,得到早强剂、减水剂、引气剂、粉煤灰以及矿渣对高性能混凝土徐变系数的影响规律,获得高性能混凝土徐变的发展规律;根据试验数据与按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)计算结果的对比分析,建议高性能混凝土的徐变系数可取该桥规计算值的80%;根据试验数据提出了计算高性能混凝土徐变系数的参考公式.

粗合成纤维增强混凝土的冲击动载特性

为了研究将掺量为6～13kg/m3的粗合成纤维和掺量40～60kg/m3的钢纤维掺入水泥混凝土后,对硬化混凝土动载特性的效用,试验研究了国产异型聚丙烯、日本Barchip、美国Forta粗合成纤维和钢纤维增强混凝土的抗弯冲击性能,探讨了纤维掺量对冲击动载特性的影响。研究表明:纤维掺量增加,纤维混凝土梁的初裂冲击次数先增加后减少,破坏冲击次数一直增加;粗合成纤维对混凝土冲击性能有显著的增韧效果,混凝土由脆性破坏变为有良好的延展性。

高韧性纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸力学性能

试验研究了3种纤维掺量聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的单轴拉伸力学性能及纤维掺量对ECC力学性能的影响规律,探讨了裂缝扩展宽度与轴拉应力的关系,分析了ECC拉伸断裂能与特征长度.结果表明:当纤维掺量由0.308%提高到0.462%时,PVA-ECC的断裂能提高128%,特征长度提高146%,最大拉应变提高128%.PVA-ECC的断裂能和最大拉应变比聚丙烯纤维混凝土分别提高209%和3 614%.表明PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用,显著提高了ECC的抗裂性能和变形能力,ECC在单轴拉伸荷载下能实现应变硬化和多重裂纹开裂.

混杂粗纤维增强混凝土力学特性试验研究

选用低弹粗合成纤维、高弹钢纤维,以总体积掺率为1.5%的二元混杂纤维增强混凝土,系统研究了其弯曲韧性、抗弯冲击及断裂性能;用数理统计方法对抗弯冲击强度进行了分析;基于美国A STM及日本JSCE方法,提出了适合评价粗纤维混凝土弯曲韧性的新方法。试验结果充分体现了粗合成纤维与钢纤维良好的协同效应;纤维混杂比例影响混杂纤维混凝土的性能,当粗合成纤维与钢纤维以体积掺率分别为1.0%、0.5%混杂时,纤维混凝土的各项力学性能达到优化,相对剩余强度、冲击延性指标、断裂韧度约分别达到79.6%、7.4、1.2。

再生混凝土骨料应用于沥青路面的路用性能试验

为了将再生混凝土用于骨料沥青混合料,提出了再生混凝土骨料应用于沥青混合料时最佳沥青含量的估算方法,并运用马歇尔试验予以验证,试验结果与本文建议的理论估算值吻合较好.试验还研究了不同再生混凝土骨料掺量下的沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,分析了影响各项性能指标的因素和原因.结果表明:再生混凝土骨料沥青混合料的各项路用性能均满足国内规范要求.

预应力AFRP加固混凝土梁的疲劳与静载特性

对带永久锚具的预应力芳纶纤维（AFRP）加固混凝土梁的疲劳、静载性能进行了试验研究，提出了预应力AFRP加固梁疲劳寿命的计算公式。5根梁的静载试验结果表明：预应力水平为55％～65％时，预应力AFRP加固梁的开裂、屈服比非预应力加固梁分别提高147％～165％和28％～50％，表明预应力加固能显著改善混凝土梁的抗弯性能。5根梁的疲劳试验结果表明：预应力加固能够显著提高梁的疲劳寿命，预应力与非预应力加固梁的疲劳寿命取决于纵筋应力幅值；预应力加固降低了梁中纵筋应力幅，疲劳寿命随着预应力水平的增大而提高。

纤维素纤维混凝土早期抗裂与抗渗性能试验

渠道衬砌混凝土极易开裂渗透,严重影响渠道的正常使用和混凝土耐久性。纤维可以在混凝土中发挥阻裂作用。通过对比试验,研究了纤维素纤维混凝土与聚丙烯纤维混凝土的早期抗裂和抗渗性能,分析纤维素纤维掺量对混凝土抗裂性和抗渗性的影响规律,探讨纤维改善混凝土抗裂和抗渗性能的机理,提出经济合理的纤维掺量。试验结果表明:纤维素纤维的掺入显著改善了混凝土的抗裂和抗渗性能,且改善效果明显优于聚丙烯纤维。