部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁抗剪试验研究

目的为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁的抗剪性能,方法对4根倒置组合梁试件通过三点加载方式进行了静载试验,通过研究其负弯矩作用下的破坏形态及变形特征,得到了组合梁的荷载-挠度曲线、应变分布、荷载-滑移曲线、最终破坏形态等。结果试验研究结果表明:UHPC翼板显著提升了组合梁的变形能力和极限承载力;相较于试件SUCB-3(NC翼板),试件SUCB-1(1/2UHPC翼板和SUCB-4(全UHPC翼板))的承载力分别提高了18.2%和27.3%,变形能力则分别增强了38.02%和41.2%;钢纤维的添加能有效地抑制翼板裂缝的开展,钢纤维掺量从0提高到2%,试件的最大裂缝宽度从1.06 mm降低到0.92 mm,变形能力增强了23.61%,承载力则提高了4%。结论提出了考虑钢箱、UHPC翼板和充填混凝土贡献的组合梁抗剪承载力计算公式。

钢纤维掺量对陶粒混凝土梁长期变形的影响规律

为探究钢纤维掺量对陶粒混凝土梁徐变的影响规律,通过长期变形观测试验、理论推导式和有限元建模的方法对不同钢纤维掺量的陶粒混凝土梁的徐变性能开展研究。首先,对4种钢纤维掺量的陶粒混凝土梁开展了连续180 d的徐变挠度观测,获得徐变挠度-加载时间关系曲线、钢纤维掺量对徐变挠度的影响规律曲线;随后,参照ACI209徐变系数计算式和ACI435徐变计算式建立了隐含钢纤维掺量的陶粒混凝土梁徐变计算式;最后,按试验梁参数建立了有限元模型。研究结果表明:陶粒混凝土试件梁加载前期徐变增长较快,随着时间推移徐变增长速率逐渐变缓,加载至120 d后趋于稳定;钢纤维掺量对陶粒混凝土梁徐变影响明显,钢纤维掺量低于0.5%,掺加钢纤维对陶粒混凝土梁的徐变值影响小;钢纤维掺量在0.5%~1.0%时,增加钢纤维掺量能有效地较大幅度降低长期荷载作用下的徐变值;但当钢纤维掺量超过1.0%后降低的效果有所减弱;陶粒混凝土梁徐变计算式计算结果与试验实测值吻合较好,能够很好地反映出陶粒混凝土梁的徐变变化规律;有限元模拟进一步验证了钢纤维掺量对陶粒混凝土梁徐变的影响规律和徐变计算式。

不同钢纤维掺量全轻混凝土梁落锤冲击试验研究

由于全轻混凝土结构抗剪承载力较低,因此有必要探究钢纤维的加入对全轻混凝土梁动力性能的影响。设计钢纤维体积掺量为0%、1%、2%共3根适筋梁,对其跨中区域进行落锤冲击试验,并利用LS-dyna有限元软件进行数值模拟,对比分析各试件破坏形态、冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线。试验结果表明:在相同冲击荷载作用下随着钢纤维体积掺量的增加抑制裂缝产生和发展的现象越显著,并且裂缝相对更加集中于梁跨中区域,支座处裂缝相对减少。钢纤维的加入不影响试件冲击力最大值,但随着钢纤维体积掺量的增加,各试件冲击力第二峰值与最大值之比增加14%和26%,跨中位移最大值与残余位移分别降低3、8mm与3、7mm。经研究得出钢纤维的加入显著提高全轻混凝土梁抗冲击性能。

基于钢纤维掺量不同的UHPC的力学性能

为明确超高性能混凝土(UHPC)中钢纤维掺量对其力学性能的影响,以钢纤维掺量不同为切入点,设置7组不同的钢纤维体积掺量(0、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、4%),并设计了不同形状的试件,分析了钢纤维掺量对超高性能混凝土的坍落度、抗压强度、抗弯折能力、劈裂强度以及本构模型的影响。其试验结果表明:随着钢纤维掺量的增加,坍落度逐渐降低;其最佳钢纤维掺量为2%时,其抗压强度、抗弯折强度、劈裂强度增长幅度最大;通过文献得出应力-应变曲线的下降段参数随钢纤维掺量的增加呈递减趋势,且理论曲线和拟合曲线基本吻合。

钢纤维掺量对变形钢筋与超高性能混凝土黏结性能影响

为研究钢纤维掺量对变形钢筋与超高性能混凝土(UHPC)黏结性能的影响,设计、制作了6组18个中心拔出试件,钢纤维体积掺量为0%~5%,室外养护28 d后进行中心拔出试验,观察试件的破坏形态、黏结应力-滑移曲线、最大黏结强度及其对应的滑移等。试验结果表明:随着纤维掺量的增加试件的破坏形态从脆性破坏转变为韧性破坏;纤维掺量对黏结强度影响不大,各组黏结强度均处于60 MPa左右,峰值滑移随着纤维掺量增加而增大;纤维掺量为3%时黏结强度最大,黏结应力-滑移曲线下降段最平缓,韧性最大。建立了黏结强度与抗压强度之间的关系;建议直径16 mm的HRB500型钢筋,在UHPC中最小锚固长度试验值取2.5d;最后给出了黏结应力-滑移曲线上升段计算模型。试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考。

掺粉煤活性粉末混凝土基本力学性能研究

为探究在掺粉煤灰情况下,养护制度、水胶比、钢纤维掺量对活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete, RPC)基本力学性能的影响规律,文中完成了78个100 mm立方体和26个100 mm×100 mm×300 mm棱柱体掺粉煤灰RPC试件的单轴受压试验,基于试验结果考察了RPC立方体抗压强度与棱柱体抗压强度之间的关系,建立掺粉煤灰RPC弹性模量、横向变形系数、峰值应变、峰值应力等基本力学参数的预测模型。试验结果表明,粉煤灰的加入明显提升了RPC的基本力学性能。

钢纤维掺量对超高性能混凝土轴压力学性能影响研究

为揭示钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴压力学性能的影响规律,以钢纤维掺量为控制变量开展UHPC轴压试验并进行本构模拟。研究表明:UHPC受压应力-应变曲线由上升段和下降段组成;掺加钢纤维后,UHPC受压应力-应变曲线的下降段变缓;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的受压弹性模量、峰值应力、峰值应变均呈递增趋势;假定UHPC受压损伤区服从Weibull随机分布,构建损伤变量,引入损伤修正因子,建立一种新的考虑钢纤维掺量的UHPC受压损伤模型并分析损伤变量发展规律,利用UHPC轴压试验数据验证新建模型的可靠性。研究成果为不同钢纤维掺量下UHPC轴压力学性能的研究及本构模拟提供参考。

钢纤维增韧混凝土抗冲击性能研究综述

对钢纤维增韧混凝土抗冲击性能展开了研究,研究了在不同应变率和钢纤维体积掺量的条件下,混凝土动态峰值压应变、吸能能力、动态弹性模量增长系数和动态抗压强度增长系数的变化。结果表明:钢纤维增韧混凝土的动态峰值压应变、吸能能力、动态抗压强度增长系数和动态弹性模量增长系数均随应变率的增加而增加。随着钢纤维体积掺量增加,混凝土动态抗压强度和吸能能力逐渐增加,动态弹性模量增长系数逐渐减小。适量钢纤维可以提高混凝土的动态峰值压应变,当钢纤维掺量为1.5%时,混凝土动态峰值压应变达到最大值,掺入过多钢纤维会导致峰值压应变降低。建立了钢纤维增韧混凝土动态弹性模量增长系数、动态抗压强度增长系数和能量吸收、动态应变率和钢纤维体积掺量的计算式。

钢纤维碱矿渣混凝土梁受弯分形特性试验研究

为研究不同钢纤维掺量对碱矿渣混凝土梁表面裂缝的扩展规律的影响,制作了8根不同钢纤维掺量的碱矿渣混凝土简支梁,测试并描绘试验梁在荷载作用下的裂缝发展、分布情况,并采用分形理论对梁表面裂缝情况进行分析。结果显示:表面裂缝呈现出自相似性,有明显的分形特征,试验梁表面裂缝的分形维数范围在1.291~1.154之间;分形维数与试验荷载间呈线性关系,钢纤维掺量越多,分形维数降低;分形维数和挠度为二次增加关系,随着钢纤维体积掺量的增大,分形维数和跨中挠度关系曲线的上升速率逐步降低。

不同养护条件和钢纤维掺量对超高性能混凝土收缩性能的改善

为改善超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的收缩性能,研究了钢纤维掺量为1.5%、2.0%、2.5%的UHPC在自然养护、标准养护、热水养护3种养护条件下的收缩性能变化,通过X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,简称SEM)分析,进一步分析了影响其收缩性能变化的微观因素。结果表明:标准养护和热水养护条件下对UHPC的收缩抑制作用比较显著,随着钢纤维掺量的提高,UHPC的收缩性能会降低,钢纤维掺量为2.5%时UHPC的收缩性能仍满足要求,且在热水养护中混凝土的收缩率最小;此外,加入矿物掺合料可以促进水泥二次水化,形成致密的微观结构,使钢纤维与基体黏结更紧密。

UHPC三轴受压力学性能研究

为了研究三轴受压下UHPC的受力性能,以围压大小和钢纤维掺量为试验参数,进行20组UHPC试件常规三轴试验,分析UHPC的破坏形态、应力-应变曲线、峰值应力和应变等力学性能。结果表明:围压和钢纤维掺量均为零的试件破坏时呈劈裂破坏,其他试件则呈剪切破坏;围压和钢纤维掺量对应力-应变曲线弹性模量和弹性段曲线形状影响较小;随着围压增大,峰值应力和应变呈不断增大趋势;随着钢纤维掺量增大,峰值应力和轴向峰值应变呈先增大后不变和先增大后减小趋势,环向峰值应变则呈增大趋势。通过对UHPC八面体正应力-体积应变和剪应力-剪应变关系进行分析,基于Drucker-Prager二参数准则,建立了UHPC八面体破坏准则计算方法。

钢纤维掺量对碱矿渣混凝土力学性能的影响

为研究钢纤维掺量对碱矿渣混凝土力学性能的影响规律,制作钢纤维碱矿渣混凝土抗压力学性能试验试件共计54个,进行立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、弹性模量和泊松比试验研究,并对试件内部微裂缝进行定性和定量分析,揭示钢纤维对碱矿渣混凝土的增强增韧机理。结果显示:与钢纤维掺量有关的立方体抗压强度修正公式理论计算值与试验结果吻合良好;一定范围内的钢纤维掺量对该材料的强度、弹性模量和泊松比均有提高作用,过大的掺量会造成混凝土材料内部发生结团现象,界面过渡区增多,降低其力学性能;碱矿渣混凝土配合比下的最佳钢纤维掺量为1.4%。

同时确定钢纤维高强混凝土的断裂韧度及拉伸强度

考虑钢纤维高强混凝土试件细观非均质性对宏观断裂的影响机制,将钢纤维掺量、长度、直径及钢纤维抗拉强度等细观层面的钢纤维特征参数,引入钢纤维高强混凝土宏观断裂模型的虚拟裂缝扩展量的具体计算公式,从而发展了考虑钢纤维特性的可同时确定钢纤维高强混凝土的断裂韧度与拉伸强度的模型及方法。采用变化参数为钢纤维掺量和混凝土水灰比的三点弯曲试件,基于所提模型,同时确定了钢纤维高强混凝土的断裂韧度与拉伸强度,确定值与试验拉伸强度值以及尺寸效应模型计算的断裂韧度吻合良好。基于测试数据离散性为钢纤维高强混凝土固有属性的事实,采用确定的断裂韧度及拉伸强度,建立起钢纤维高强混凝土塑性——准脆性——线弹性不同结构断裂模式的±20%全曲线,其可涵盖实验室条件下的所有试验数据。该文所提模型及方法适用于钢纤维高强混凝土及高强混凝土,可为钢纤维高强混凝土等复合材料真实断裂韧度与拉伸强度的确定,及个性化结构断裂破坏的预测等关键科技问题提供依据。

超高性能混凝土预制节段梁接缝抗剪性能尺寸效应试验

UHPC是一种特殊的混凝土材料,具备卓越的力学性能和耐久性。装配化建造方式中的节段预制和拼装梁技术为UHPC的应用开辟了新的可能性。然而,接缝处对抗剪承载力有着较大的影响。为了研究键齿尺寸对接缝界面的抗剪性能的影响,通过进行12组UHPC接缝键齿尺寸效应直剪试验,分析了不同键齿高度(15、30、45、60 mm)以及不同钢纤维掺量(1%、2%和3%)对承载性能的影响。结果发现:随着试件键齿尺寸的增加,接缝处的剪应力呈下降趋势;接缝处的键齿高度对抗剪承载力有明显的尺寸效应;随着钢纤维掺量的增加,接缝处的键齿对抗剪承载力的尺寸效应逐渐增强。

纤维增强高性能混凝土常规三轴抗压破坏准则

为了研究纤维增强高性能混凝土的三轴抗压破坏准则,对3种不同钢纤维掺量的纤维增强高性能混凝土进行了4种围压下的常规三轴试验,获得了纤维增强高性能混凝土的三轴偏应力-应变曲线。结果表明,掺入钢纤维和施加围压均能对纤维增强高性能混凝土起到增强、增韧的作用,随着钢纤维掺量和围压的增加,纤维增强高性能混凝土的轴向偏应力、应变、弹性模量均增大。但是二者的作用会相互影响:围压增大,钢纤维掺量对纤维增强高性能混凝土轴向偏应力提高的幅度降低;钢纤维掺量增大时,围压对纤维增强高性能混凝土的增强作用会降低。利用Mohr-Coulomb破坏准则、William-Warnke破坏准则和Power-Law破坏准则构建了不同钢纤维掺量的高性能混凝土三轴抗压破坏模型,研究表明,基于上述3种破坏准则均能较好地模拟高性能混凝土的三轴破坏过程,通过分析模型拟合系数R^(2)发现,William-Warnke模型模拟精度最高,而Power-Law模型能够很好地模拟出钢纤维掺量对高性能混凝土的三轴抗压强度的影响。

钢纤维混凝土抗压试验及数值模拟

为研究C40钢纤维混凝土的抗压性能,本文制作了5种不同掺量的(0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)钢纤维混凝土试块共15块进行静态压力试验,得到不同掺量钢纤维混凝土的立方体抗压强度,并观察其破坏状态。然后运用Abaqus模拟建立了相应的有限元模型,得到相应掺量的Mises应力云图与应力应变曲线。结果表明,随着钢纤维掺量的增加,钢纤维混凝土的抗压强度显著提高,并在掺量为1.5%时抗压强度最大,但在纤维掺量达到2%时抗压强度降低。因此,钢纤维混凝土的抗压性能受到钢纤维掺量的显著影响,这对于钢纤维混凝土的工程应用具有重要的指导意义。

钢纤维掺量及长径比对无筋管片混凝土力学性能的影响

为提高钢纤维无筋盾构混凝土管片的力学性能,研究了钢纤维掺量(30 kg/m^(3)、40 kg/m^(3)、50 kg/m^(3))和长径比(0.8、0.7、0.6)对管片混凝土抗压强度、抗弯强度的影响。结果表明:在本文研究掺量范围内,管片混凝土抗压强度、抗弯强度均随钢纤维掺量的增加而提高;无筋盾构管片用C50混凝土的钢纤维推荐掺量为30~40 kg/m^(3),推荐长径比为0.8。

配筋UHPC自约束收缩应力试验研究与计算方法

对钢纤维掺量分别为2%和3%的超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)进行了自由收缩测试,并对两种UHPC材料配筋和未配筋的哑铃形试件进行了轴拉试验,分析钢筋约束引起的UHPC收缩应力。同时,基于剪切滞后理论建立了考虑钢筋黏结滑移影响的UHPC自约束收缩应力计算模型。研究结果表明:增加钢纤维掺量对UHPC自由收缩有小幅度的抑制作用;由于自约束收缩应力的影响,配筋UHPC试件开裂早于未配筋试件;UHPC抗拉强度随钢纤维掺量增大而提高,应变硬化特征更加明显,钢纤维掺量高的配筋UHPC试件抗拉承载能力得到了更有效的保障;在高配筋率(6.8%)下,钢纤维掺量为2%和3%的UHPC试件的开裂风险指标分别为45%和43%,对抗裂要求高的情况建议合理设置配筋率并控制UHPC收缩;修正后的计算模型能够较为准确地预测UHPC试件自约束收缩应力。

一种基于Willam-Warnke模型的钢纤维混凝土单轴损伤本构模型

通过选取Willam-Warnke五参数模型作为屈服函数,基于等效应变假定和损伤准则,并将钢纤维含量特征值与屈服函数、损伤准则相联系,建立了增量型式单轴弹塑性损伤本构模型。根据已有钢纤维混凝土单轴拉伸与压缩试验结果,应用该模型进行了验证,验证结果表明,模型计算结果与试验结果吻合较好,能够很好地反映出钢纤维掺量对峰后曲线的影响。同时,应用该模型对在单轴下的拉伸循环、压缩循环以及、拉压循环进行了验算,验算结果表明,该模型能够模拟计算单轴复杂加载路径下的应力-应变关系。

方钢管约束密实增强混凝土轴压短柱承载性能研究

以钢纤维体积掺量、套箍系数为变化参数,通过对非约束密实增强混凝土(CRC)和方钢管约束CRC棱柱体短柱进行轴向加载试验,研究了试件的破坏特征、荷载-变形关系、主要特征点指标等,揭示了各变化参数的影响规律.结果表明:方钢管约束CRC的破坏形态为钢管焊缝不同程度的撕裂破坏,焊缝撕裂范围内核心CRC被压碎,其破坏形态完全不同于非约束CRC的剪切型破坏.方钢管约束使得核心CRC轴压强度明显提高,纵向变形性能大大改善.套箍系数对试件轴压力学性能的影响最为显著,而钢纤维体积掺量对试件轴压强度和变形能力的影响较小.