高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。

工字型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究

为研究工字型钢超高性能混凝土(UHPC)梁的受弯性能,设计了6根长3500 mm工字型钢UHPC梁的跨中单点静载试验,设置UHPC的强度等级和型钢腹板厚度两个变量,分析试验梁的裂缝发展情况、跨中截面荷载-挠度曲线和应变沿截面高度分布曲线。试验结果表明:工字型钢UHPC梁具有超高受弯承载力与抗裂性,开裂荷载达到其极限荷载的56.4%~62.6%;提高UHPC强度等级和增加型钢腹板厚度可以增强工字型钢UHPC梁的刚度、延性和抗裂性,能增加试件的开裂荷载、屈服荷载与极限荷载;工字型钢UHPC梁达到极限破坏时主裂缝两侧UHPC通过钢纤维继续保持黏结,UHPC的抗拉强度提高了工字型钢UHPC梁的极限受弯承载力。推导出工字型钢UHPC梁考虑UHPC抗拉强度的受弯极限承载力计算公式,为该受弯构件在实际工程的应用提供试验依据。

矩形截面型钢超高性能混凝土梁抗弯承载力

为研究矩形截面型钢超高性能混凝土(SRUHPC)梁的抗弯特性,制作了4根配筋率为0.8%~1.1%,含钢率为8.7%~15.6%,内置型钢分别为一字型、倒T型与H型的矩形截面SRUHPC梁试件,开展了抗弯极限承载力试验,分析了矩形截面SRUHPC梁试件的损伤机理和破坏模式;基于试验结果与理论推导,提出了矩形截面SRUHPC梁抗弯承载力计算方法,计算了21根矩形截面SRUHPC梁试件和111个有限元计算模型的抗弯承载力,并将计算结果与试验值和有限元计算值进行了对比。分析结果表明:矩形截面SRUHPC梁试件的破坏模式均为适筋受弯破坏,即型钢与受拉纵筋先后屈服,随后受压区UHPC被压碎,且型钢与UHPC可较好地共同工作至试件破坏;内置倒T型钢试件和H型钢试件的承载力和刚度高于内置一字型钢试件,且抗裂性能更好;与其他试件相比,内置H型钢试件中纵筋、UHPC与型钢在相同荷载作用下的应变及其发展速度均较小,因此,在矩形截面SRUHPC梁内的型钢中设置上、下翼缘有助于提高组合梁的抗弯性能;采用提出方法得到的计算结果与试验值和有限元计算值的比值均值分别为0.972和1.035,方差分别为0.009和0.002,研究结果可为矩形截面SRUHPC梁在实际工程中的推广应用和规范、规程的制定提供理论支撑。

高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能试验及其有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土短柱的轴压性能,对试件进行了轴心受压试验,设计参数包括配钢率、箍筋间距和箍筋形式。观察了试件的轴压破坏过程,获得了破坏形态及轴向荷载-位移曲线,分析了承载能力、变形能力、刚度等轴压性能指标,以及超高性能混凝土、纵筋、箍筋和型钢的应变发展规律。在试验研究基础上,采用ABAQUS建立了高强型钢超高性能混凝土短柱轴压性能有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明:试件发生的是典型轴压破坏,中部表面出现“锯齿形”裂缝;轴向荷载-位移曲线会出现2次荷载峰值;箍筋间距减小时,试件的承载能力和变形能力均提高,但刚度退化速率没有显著变化;配钢率增大时,试件的承载能力提高,变形能力先增大后减小,刚度退化变缓;型钢强度增大时,试件的承载能力和变形能力均提高,提高速度先快后慢;超高性能混凝土抗压强度增大时,试件的承载能力提高,变形能力降低;超高性能混凝土受拉能够达到峰值应变;纵筋在极限点之前发生受压屈服;箍筋在极限点时应变不足屈服应变的1/3,但在破坏点前达到受拉屈服;型钢翼缘在极限点前后发生屈服,腹板屈服晚于翼缘。

FRP筋-钢筋混合配筋的超高性能混凝土梁受弯有限元分析

研究配筋率、混合配筋等效配筋率、FRP筋面积比、UHPC抗拉强度、钢筋配置形式对UHPC梁受弯性能的影响。分析各参数对UHPC梁屈服荷载、峰值荷载、挠度及破坏形式的影响。结果表明:随着配筋率的增加,纯钢筋UHPC梁刚度、屈服荷载、峰值荷载及对应的挠度均得到不同程度提高;UHPC混合配筋梁随FRP筋面积比的增大,峰值荷载及峰值荷载挠度增大,UHPC混合配筋梁的抗变形能力变差;随UHPC抗拉强度的提升,UHPC梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载增大,对应的挠度减小;采用双层布置的UHPC混合配筋梁比单层布置梁屈服荷载、峰值荷载小。本文为FRP-钢筋混合配筋UHPC结构的工程应用提供参考。

超高性能混凝土加固钢筋混凝土梁受弯性能研究

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)由于较高的强度和耐久性可作为理想的加固材料。首先基于已有试验结果,研究了可合理考虑加固层和混凝土梁接触面间黏聚力接触的UHPC加固钢筋混凝土梁精细有限元模型建模方法。在此基础上,建立了162个加固梁的有限元模型进行了数值模拟分析,研究了不同加固筋截面积、加固层厚度以及加固层有无拼缝等关键参数对构件破坏模式和承载力的影响规律。研究结果表明:考虑黏聚力接触的数值模型可以较好地模拟UHPC加固钢筋混凝土梁的受弯性能;加固层厚度与加固筋截面积均会影响试件破坏模式与承载力提升幅度,但对于含拼缝试件,加固层厚度对上述性能影响较小。

预应力超高性能混凝土工字形梁抗剪性能试验

为了研究预应力超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)工字形梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,设计并完成了3片预应力UHPC工字形梁的单点加载试验,获得了试验梁的荷载-位移曲线、破坏模式和裂缝分布特征等关键结果;基于试验结果,结合法国UHPC规范、瑞士UHPC规范、中国公路桥梁规范及公路桥涵超高性能混凝土应用规范意见稿计算了试验梁的抗剪承载力,分析了各个规范的适用性。此外,基于修正压力场理论(modified compression filed theory,MCFT),分别采用Mohr-Coulomb准则和Rankine准则,计算了试验梁的抗剪承载力,并进行了分析讨论。研究表明:预应力UHPC工字梁的抗剪承载力随着剪跨比的增加而减小,箍筋对于抗剪承载力影响较大;各国规范对UHPC梁的抗剪承载能力的计算较为保守。采用Mohr-Coulomb准则的计算结果较Rankine准则的计算结果与试验值更为接近;特别是小剪跨比的试验梁,处于弯剪复合状态,Mohr-Coulomb准则考虑了受压区UHPC法向和切向应力的影响,更为接近实际状况。

超高性能混凝土板加固足尺钢筋混凝土梁抗剪性能

为进一步研究超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)预制板加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗剪性能,开展了3根足尺RC梁的试验研究,包含1根对比梁和2根UHPC预制板加固梁,关注UHPC板及其内嵌CFRP板条对RC梁抗剪性能的影响。试验结果表明:试验梁均发生受剪破坏,但加固梁的承载力、刚度和延性均明显提高,其中,因内嵌CFRP板条提高了UHPC板的抗裂性能,极限荷载及对应位移分别提高了30.8%和28.5%;螺杆力学锚固发挥了侧向约束作用和销栓作用,在一定程度上提高了UHPC板的贡献。同时,通过建立非线性有限元模型对试验梁进行了数值分析,模拟结果与试验结果吻合度高,表明模型所选的本构关系及相关参数合理,可用于预测UHPC板加固RC梁的全过程受力行为。

超高性能纤维混凝土增强RC梁抗剪性能研究

为确保梁在弯曲加载下保持良好的稳定性,文章系统探讨了超高性能纤维混凝土(UHPFRC)对常规RC梁抗剪强度的强化效果,对12根钢筋混凝土梁进行四点荷载测试,观测其破坏模式。结果显示.UHPFRC能显著提高RC梁的抗剪性能,相较于未加固梁,强化后的梁抗剪强度提升了1.54倍,其初始刚度、延性和韧性也得到了显著增强。此外,加固梁主要在最大弯矩区域展现出弯曲破坏.显示出较好的延性性能。

超高性能混凝土梁抗剪性能的研究进展

超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)作为一种新型建筑材料已在实际工程中广泛应用,针对UHPC梁抗剪性能学者们开展了试验及理论研究,UHPC相关标准和规范正不断撰写及出版,但UHPC梁抗剪性能区别于普通混凝土梁,UHPC梁的抗剪承载力计算较为复杂。本文总结了UHPC材料力学性能和UHPC梁抗剪性能,以期拓宽UHPC在叠合梁中的应用。

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。

超高性能混凝土梁正截面承载力

对超高性能混凝土（UHPC）的单轴受压应力—应变全曲线和UHPC梁的受力性能进行试验研究及理论分析。试验结果表明：UHPC具有良好的受压变形性能,其应力峰值点应变达0.003 5,极限应变可达0.0045;UHPC梁具有良好的受拉变形能力及裂缝分布,其极限变形达梁跨径的1/30.1-1/71.8,梁体的混凝土应变基本符合平截面假定。基于UHPC的初裂抗拉强度得到的UHPC梁截面塑性影响系数为1.53,并据此建立UHPC受弯构件的开裂弯矩计算公式和极限承载能力计算公式,预测UHPC梁的破坏模式、开裂弯矩以及极限弯矩。计算结果具有较高的精度。

铣削型钢纤维与超高性能混凝土的界面粘结性能研究

超高性能混凝土(UHPC)优异的性能主要取决于钢纤维与基体的协同工作,为探讨铣削型钢纤维在UHPC中的适用性,本工作通过钢纤维拉拔试验,研究了铣削型钢纤维与UHPC的界面粘结性能,分析了纤维埋深、纤维有无端勾、基体有无纤维、养护条件四个因素的影响及其机理,并与镀铜微丝钢纤维进行对比。结果表明:四种类型的钢纤维(镀铜平直型S、镀铜端钩型H、铣削平直型MS和铣削型MH)在UHPC中的粘结强度大小顺序为H型>MH型>MS型>S型;随着纤维埋深增加,S型、H型和MS型钢纤维在UHPC中的粘结强度减小,而MH型钢纤维则增大;端勾有助于提升钢纤维在UHPC中的粘结强度和拉拔能,并影响拉拔荷载-位移曲线的形状;基体掺入2%(体积分数)钢纤维亦能略微提高钢纤维在UHPC中的粘结强度和拉拔能;与蒸养条件相比,标养条件下界面粘结强度降低,但也使得铣削型钢纤维的拔出行为更明显,提高了拉拔能。铣削型钢纤维与UHPC界面粘结强度较高,但其较低的纤维抗拉强度影响了粘结性能的发挥,建议开发适用于UHPC的高强铣削型钢纤维。

超高性能混凝土薄层加固法在槽形梁桥中的应用

预应力混凝土槽形梁桥的主梁连接板在运营过程中易产生开裂病害,为修复桥面板的裂缝,改善桥梁受力,提出超高性能混凝土(UHPC)薄层加固法(在桥面板底部浇筑1层UHPC,与原结构整体受力),以沪嘉高速公路蕰藻浜大桥加固项目为背景,论述该方法在该桥加固中的应用。为检验加固效果,采用ANSYS建立甲式桥面板(槽形主梁连接板)的局部有限元模型进行应力分析,并通过荷载试验分析甲式桥面板加固前、后的受力及变形。通过理论和试验分析可知:加固后,在车辆荷载作用下,甲式桥面板的横向应力降至0.5 MPa以下,UHPC层拉应力为2.5MPa;甲式桥面板的横向应变降低了约65%,竖向挠度降低了约60%;UHPC层的应力实测值与有限元理论值基本一致。说明UHPC薄层加固法可有效改善桥面板受力,提高桥面板的刚度,减小桥面板的挠度。

CFRP预应力筋超高性能混凝土T梁的受弯性能

超高性能混凝土（UHPC）和碳纤维（CFRP）以其优异的性能成为土木工程领域极具应用前景的新型建筑材料，将两者结合在一起有望形成一种新的具有优良物理力学性能的配筋混凝土结构型式而应用于实际工程。为此，对超高性能混凝土的单轴受压应力-应变全曲线和UHPC梁的受力性能进行试验研究以及理论分析。试验参数主要选取预应力度、张拉控制应力和CFRP筋的黏结方式。试验结果表明，UHPC具有良好的受压变形性能，基于单轴受压试验结果建立UHPC的受压应力-应变全曲线方程；UHPC梁具有良好的变形能力以及合理的裂缝分布，其极限变形可达到梁跨径的1／30-1／72，在此基础上提出的计算方法能对所研究梁的受力性能进行较好的模拟。

钢-超高性能混凝土组合箱梁弹性弯曲性能试验研究及解析解

钢-超高性能混凝土(Ultrahigh performance concrete,以下简称UHPC)组合箱型桥面系在大跨径桥梁建设中具有良好的应用前景。以实际桥梁工程为背景,设计两个大比例钢-UHPC组合箱梁模型试验,主要研究弹性状态下的组合箱梁的弯曲受力行为,重点测试试件加载过程中挠度、应变分布等;建立同时考虑剪力滞后、滑移效应以及钢腹板剪切变形的组合箱梁分析模型,并推导得出解析解。研究结果表明:集中荷载作用下钢-UHPC组合箱梁的剪力滞效应显著,UHPC板跨中截面纵向压应变的最大值与最小值之比约为5~7;UHPC板厚越大,钢-UHPC组合箱梁的刚度越大,相同荷载下,UHPC板和钢梁应变越小;该文同时考虑剪力滞后、滑移效应以及钢腹板剪切变形的解析解与试验结果基本吻合,相比于不考虑钢腹板剪切变形的模型结果具有明显改善。

超高性能混凝土连续梁弯矩调幅系数

为了研究HRB500钢筋超高性能混凝土连续梁的弯矩调幅性能,依据非线性理论分析了超高性能混凝土连续梁弯矩调幅系数的计算方法,并编制了相应的程序,通过与已有试验结果的对比验证了程序的准确性。通过对22根HRB500钢筋超高性能混凝土连续梁的模拟分析,计算了22根模拟梁在正常使用极限状态及承载能力极限状态下的弯矩调幅系数;根据模拟结果,提出以中支座截面相对受压区高度ξ为自变量的弯矩调幅系数β的计算公式为β=-3.541ξ+0.867;最后以正常使用极限状态下裂缝宽度不大于0.2 mm为控制条件,建议ξ≤0.13时β取0.4,ξ≥0.21时β取0.1,0.13<ξ<0.21时,β值采用直线内插求得。

超高性能混凝土梁受剪性能的尺寸效应试验研究

为研究超高性能混凝土梁受剪性能的尺寸效应,对不同截面尺寸HRB500级钢筋超高性能混凝土梁进行受剪试验。首先分析UHPC梁的试验现象及结果,其次探究截面尺寸对梁剪切延性、剪切裂缝强度及抗剪强度的影响规律,最后基于所得试验数据比较现行公式的适用性。结果表明:不同截面尺寸梁的失效模式均为剪压破坏,梁的应力重分布能力、挠度、刚度及主裂缝特征参数均与截面尺寸呈正相关;梁的位移延性系数、剪切裂缝强度及抗剪强度均随梁高的增大而减小,存在明显的尺寸效应;经对比分析,陈宝春提出的抗剪承载力公式的预测值较好。

超高性能混凝土组合箱梁弯曲性能有限元分析

采用有限元方法对4种超高性能混凝土(UHPC)-混凝土组合箱形截面简支梁(全截面C60、顶板替代为UHPC、底板替代为UHPC、全截面UHPC)的弯曲性能进行研究.分析前,为验证ANSYS软件对UHPC材料模型模拟的准确性,对1根矩形UHPC-混凝土组合梁开展试验对比分析.根据对比分析结果确定建模方法,得到4种组合箱梁的应力分布、受力性能,总结了相应类型结构的特点.综合考虑材料性能的利用率、裂缝发展模态、极限承载力和经济性,提出相应的设计建议.

纤维网格复合超高性能混凝土加固RC梁抗剪性能试验研究

为研究纤维网格复合超高性能混凝土(UHPC)加固钢筋混凝土梁的抗剪性能,对2根UHPC加固梁、4根纤维网格复合UHPC加固梁及2根未加固梁进行静力试验,研究剪跨比、UHPC厚度和纤维网格层数对钢筋混凝土梁破坏形态、荷载-挠度曲线、受剪承载力以及延性的影响。结果表明:采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固,可以明显改善梁的破坏形态,提高梁的受剪承载力;采用UHPC对钢筋混凝土梁进行抗剪加固,可以显著提高梁的开裂荷载,提升幅度为150%~216%;采用纤维网格复合UHPC加固的梁,延性系数大幅增加。最后,利用桁架-拱模型,推导了纤维网格复合UHPC加固钢筋混凝土梁的受剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。