混凝土边距对平板支座抗震性能影响的试验研究

为探究复杂受力状态下,混凝土边缘到锚栓的距离对网架平板支座的抗震性能和受力机理的影响,分别针对不同混凝土边缘距离的两个平板支座足尺试件进行拟静力加载试验,对平板支座破坏模式、滞回曲线、箍筋应变进行分析。试验结果表明:在复杂受力状态下,平板支座的运动伴随着平动和转动,竖向压力较大可阻碍锚栓周围混凝土被推出,混凝土边缘距离的改变对平板支座极限承载力影响较小;在大位移阶段,边距较小一侧边缘混凝土发生明显破坏,此时平板支座丧失继续承载能力;钢筋混凝土结构中的箍筋对避免混凝土边缘破坏贡献显著,与加载方向垂直的边缘箍筋承受弯曲变形,平行于加载方向的箍筋承受拉力。对于与平板支座连接的混凝土柱顶,按照一般钢筋混凝土柱的配筋可充分发挥箍筋作用,但需严格保证首层箍筋深度,对首层箍筋深度确定方法提出建议。当保证混凝土边缘距离时,大位移阶段将发生混凝土顶面承压破坏。

纤维增强复合材料加固混凝土桥梁结构研究进展

为总结纤维增强复合材料(FRP)在混凝土桥梁加固中的研究成果,拓宽FRP加固桥梁的思路,推动其在桥梁加固领域的广泛应用,阐述了FRP加固方法的发展及其特点,系统梳理了FRP加固方法在混凝土桥梁的研究进展。根据加固机理的不同,从抗弯加固、抗剪加固、抗压加固三方面加以归纳总结,介绍了几种常见的FRP加固方式、影响因素、破坏模式及其设计理论;分析了当前研究的不足,由此提出了一些可以继续深入研究的问题。结果表明:目前研究较多的有外贴FRP法、预应力FRP技术、表层嵌入法、FRP网格加固技术,其在不同的设计参数和使用条件下呈现出不同的破坏模式;外贴FRP片材容易过早发生剥离破坏,可以通过一些锚固措施提升界面黏结性,其中HB-FRP加固技术的锚固效果最好;预应力FRP加固技术因具有较高的材料强度利用率而展现出良好的应用前景;后续应深入研究FRP加固设计理论,综合考虑各参数对加固结构性能的影响,建立统一可靠且实用的计算模型;应进一步研究既有混凝土加固结构在多因素耦合作用下的长期性能和耐久性能,完善FRP加固混凝土桥梁设计方法和规范体系。

拼接成型UHPC免拆模板钢筋混凝土柱的抗震性能

为研究超高性能混凝土(UHPC)免拆模板钢筋混凝土(URC)柱的抗震性能,选取UHPC免拆模板拼接方式和表面处理方式为试验设计参数,制作并完成了9个URC柱和1个钢筋混凝土(RC)柱的拟静力加载试验。模板拼接方式为螺栓加角钢连接、螺栓连接和环氧树脂砂浆连接;表面处理方式为光面处理、气泡膜印花处理和设肋处理,通过拟静力试验研究了模板拼接方式及表面处理方式对该类柱抗震性能的影响。此外,基于平截面假定,提出了URC柱的正截面偏压承载力计算式。结果表明:峰值荷载前,UHPC模板与核心混凝土黏结面无明显破坏,URC柱表现出良好的整体性,尤其是采用螺栓加角钢连接的URC柱,即使加载至极限位移时,也没有发生界面黏结失效破坏;与普通RC柱相比,URC柱的承载力提高了6.4%~43.3%,延性提高了11.4%~48.7%,耗能能力提高了27.7%~85.3%;三种连接方式中,采用螺栓加角钢连接的URC柱承载力最高,连接最可靠。最后,基于平截面假定提出的公式计算值与试验值吻合较好,可为工程应用提供参考。

局部锈蚀圆钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

钢管混凝土(CFST)在服役环境中被腐蚀,导致其钢结构承载力降低,严重威胁到结构的服役性能和使用寿命。首先,采用机加工车铣方法制作模拟局部锈蚀的人工缺陷,然后以钢管外表面局部环向贯通锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、锈蚀外表面面积损失率(简称锈蚀面积损失率,下同)为试验参数,对45根局部锈蚀圆CFST短柱试件进行轴压承载力试验;其次,分析锈蚀位置、锈蚀钢管体积损失率、面积损失率和壁厚损失率对锈蚀试件承载力、刚度和延性的影响,揭示锈蚀CFST试件破坏机理和承载力退化机制;最后,针对局部锈蚀圆CFST短柱构件轴压承载力提出一个简化实用计算公式。研究结果表明:各试件具有类似的破坏特征,主要呈明显的腰鼓状破坏,且发生在锈蚀区;随着锈蚀钢管体积损失率增大,锈蚀CFST柱的承载力、刚度和延性均出现不同程度的降低;在锈蚀钢管体积损失率和面积损失率相同的情况下,就局部锈蚀位置影响而言,中部影响最大;就锈蚀程度表征参数影响而言,锈蚀钢管体积损失率影响最大,面积损失率次之,壁厚损失率最小;本文提出的简化实用公式可为圆钢管混凝土构件全寿命设计提供参考依据。

混凝土坝面作业场景智能识别ResNet50-SEMSF方法

为提高混凝土坝面作业场景识别工作效率,提出了一种混凝土坝面作业场景智能识别方法(ResNet50-SEMSF)。将采集的坝面施工现场监控视频分割为图像,分析混凝土坝面作业人、机、料、环境等实体要素图像特征,界定坝面作业典型场景;以残差网络(ResNet50)为骨干网络结构,引入挤压激励(SE)注意力机制,关注不同通道间特征关系,提升坝面作业场景图像中多目标实体要素关键特征表达能力;融合下采样多尺度特征,保留坝面作业场景图像低级特征和高级语义信息,增强模型对图像不同层次特征的理解能力,克服尺度变化、目标变形等问题。对比分析其他3种卷积神经网络模型试验结果,使用梯度类激活映射(Grad-CAM)可视化方法,解释ResNet50-SEMSF模型对场景类别中实体要素信息的关注程度。结果表明:ResNet50-SEMSF识别效果明显优于ResNet50、MobileNetV2、VGG16等经典网络模型,表明ResNet50-SEMSF模型用于混凝土坝面作业场景智能识别的可行性,为混凝土坝面施工安全管理工作提供参考。

盐冻耦合作用下水工混凝土耐久性及寿命预测

为研究西北地区冻融盐侵环境下水工混凝土的耐久性,制备了不同粉煤灰掺量的混凝土试件,以不同浓度的硫酸钠溶液作为介质开展了冻融循环试验,阐明了不同循环次数下试件的外观、质量、抗压强度和动弹模量的变化规律,基于XGBoost模型建立了混凝土寿命预测模型并对其进行了评价和验证。研究结果表明,随着冻融循环次数增加,混凝土质量、抗压强度和动弹模量逐渐减小;冻融循环次数和硫酸钠溶液浓度是影响混凝土寿命的关键因素,8%硫酸钠溶液破坏度最高,此溶液浓度下冻融150次后混凝土质损率达4.55%;粉煤灰的掺入量对混凝土耐久性有一定影响;最优粉煤灰掺量为10%,此掺量下冻融150次后混凝土质损率为3.99%;XGBoost模型在混凝土寿命预测方面具有较高的精确性和可靠性。本研究可为混凝土结构的耐久性设计和寿命预测提供参考。

玄武岩-聚乙烯醇纤维对再生混凝土抗冻性能的影响

为了推广再生混凝土在高海拔和北方寒冷地区的应用,对单掺、混掺不同体积掺量玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维的再生混凝土进行质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度损失率3项抗冻性能指标的探究,并用SEM对200次冻融循环后混掺纤维再生混凝土进行细观作用机理分析,最后结合响应面法对混掺纤维掺量进行优选。结果显示:外掺纤维能够提高再生混凝土的抗冻性能,而混掺纤维效果优于单掺纤维;2种纤维在试件内部呈网状分布,协同受力,与基体互相约束,很大程度限制了裂缝的扩展和数量;纤维优化结果显示当聚乙烯醇纤维与玄武岩体积掺量分别为0.170%和0.246%时,再生混凝土的抗冻性能最优。研究成果对玄武岩-聚乙烯醇纤维再生混凝土纤维掺量设计具有一定的借鉴意义。

基于M-Unet的混凝土裂缝实时分割算法

针对主流深度学习裂缝分割算法消耗大量计算资源、传统图像处理方法检测精度低、丢失裂缝特征等问题,为了实现对混凝土裂缝的实时检测和在像素级水平上分割裂缝,提出一种基于轻量级卷积神经络M-Unet的裂缝语义分割模型,首先对MobileNet_V2轻量网络进行改进,修剪其网络结构并优化激活函数,再用改进的MobileNet_V2替换U-Net参数量巨大的编码器部分,以实现模型的轻量化并提升裂缝的分割效果。构建包含5160张裂缝图像的SegCracks数据集对提出方法进行验证,试验结果表明:优化后的M-Unet裂缝分割效果优于U-Net、FCN8和SegNet等主流分割网络和传统图像处理技术,获得的IoU_Score为96.10%,F1_Score为97.99%。与改进前UNet相比,M-Unet权重文件大小减少了7%,迭代一轮时间和预测时间分别缩短了63.3%和68.6%,IoU_Score和F1_Score分别提升了5.79%和3.14%,并且在不同开源数据集上的交叉验证效果良好。表明提出的网络具有精度高、鲁棒性好和泛化能力强等优点。

高强钢管超高性能混凝土短柱轴压承载力性能试验研究

为研究高强钢管内填超高性能混凝土(UHPC)的钢管混凝土短柱轴压性能,该文设计22根高强钢管UHPC短柱进行轴压试验,从破坏模式、荷载-纵向应变关系对试件的轴压性能进行对比分析,旨在通过径厚比、混凝土强度、截面类型等变化来探究高强钢管UHPC短柱的实际承载力性能差异.试验结果表明:高强钢管UHPC短柱的轴压性能受径厚比、混凝土强度影响较大;试件承载力随钢管壁厚增加而增加,但相同钢管直径和不同钢管直径增幅呈现不同规律.该文从延性、核心混凝土强度提高程度两个角度进行分析并提出高强钢管混凝土试件的相关参数设计建议.最后,将高强钢管UHPC短柱的轴压试验承载力结果与国内外规范GB 50936—2014、AIJ计算承载力结果进行对比,并基于极限平衡理论推导出高强圆钢管UHPC试件的轴压承载力计算公式,同时结合该文试验数据对其进行验证,证明了公式的准确性.

大直径盾构管片清水混凝土制备及施工关键技术研究

以江阴靖江长江隧道工程为依托,从混凝土工作性能、力学性能及表观质量等方面开展大直径盾构管片清水混凝土配制技术研究,并在混凝土原材料、浇筑、养护等方面提出了施工关键控制技术。结果表明,研制的管片清水混凝土具有优异的表观性能与抗裂性能,辅以优化的关键施工工艺,显著改善了管片表观质量,可为同类工程的质量控制提供参考。

PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。

砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的试验研究

接触面剪切带的细观变形特征是研究结构物与土体相互作用的核心问题。为探明砂土-混凝土接触面剪切带变形特征,利用大型直剪仪开展砂土-混凝土接触面直剪试验,采用灌砂变形标记法实测砂土变形,依据标记线剪应变沿竖向的变化特征对砂土变形区域进行划分。在此基础上,研究粗糙度、法向应力和密实度对砂土-混凝土接触面剪切带细观变形特征的影响规律。研究结果表明:1)砂土可分为非剪切区、过渡区和应变集中区,应变集中区仅存在剪切面之上。2)规则型接触面的上剪切带厚度均值为33D_(50),远大于下剪切带9D_(50)和“光滑”接触面剪切带厚度20.4D_(50)。3)密实度对剪切带及其过渡区厚度的影响微弱,而粗糙度对其影响显著;法向应力、密实度对应变集中区厚度影响有限,应变集中区厚度随粗糙度的增大近似线性增大;应变集中区长度随粗糙度的增大先增大后减小,随密实度的增大近似线性增大,随法向应力增大而减小。4)随剪切位移增大,上剪切带厚度不断增大而下剪切带厚度先增大后保持基本不变,应变集中区的长度增大,但剪切位移对应变集中区厚度的影响有限。5)获得归一化剪切带厚度取值h_(t)/D_(50)与D_(50)的关系,在有限元模拟规则型结构与砂土的相互作用时,建议砂土体细化网格单元的范围不小于最大剪切带厚度37D_(50)。研究成果深化了砂土-规则型接触面剪切带变形特征的认识,可为大粗糙度、带肋桩的承载变形特性的精细化有限元模拟分析提供重要参考和依据。

沥青混凝土心墙堆石坝心墙拱效应研究

心墙拱效应是影响土石坝安全稳定运行的重要因素,心墙力学特性复杂且受众多因素的影响,复杂地形地质条件对心墙拱效应具有重要影响。首先对比了直心墙、斜心墙、下直上斜式心墙拱效应的差异,在此基础上选取岸坡坡度、河谷宽度、覆盖层厚度以表征坝体所处的地形地质条件。基于数值计算定量研究复杂地质条件对沥青混凝土心墙拱效应的影响规律。结果表明:心墙应力拱效应主要集中在心墙中部3/4坝高附近及靠近岸坡处;斜心墙应力拱效应相对较小,可以很好地改善心墙的整体受力状况;岸坡变陡,斜心墙整体的拱效应强度增加,应力传递的核心区域由心墙中部拓宽至心墙两岸坡;随着河谷宽度的增加,应力传递的重心逐渐由底部转移到心墙两岸及心墙中上部;斜心墙整体的应力拱效应并非随着河谷宽度的增加单调变化,当坝轴线长度与坝高比值增加到3~4时,河谷产生的河谷效应对斜心墙变形及拱效应的影响大幅下降;随着覆盖层厚度的增加,斜心墙底部的拱效应明显增强,底部的拱效应系数分布逐渐集中化、区域化,容易产生局部破坏。

海砂超高性能混凝土试验

采用未淡化的海砂制备超高性能混凝土(UHPC)和普通混凝土,研究了不同氯离子含量的海砂对UHPC抗压强度、孔结构、快速氯离子渗透性以及内置钢筋耐久性的影响,并与普通混凝土进行分析比较。结果表明,海砂中的氯离子含量对UHPC抗压强度并不会产生较大的消极影响;海砂UHPC的临界孔半径约为2 nm,与海砂普通混凝土不同,孔隙率随海砂中氯含量的增加而增加;即使海砂氯离子含量高达0.636%,海砂UHPC的氯离子渗透性仍可忽略不计;海砂UHPC中钢筋在28 d后处于钝化状态并趋于稳定。

一种基于绕晶失效模式的混凝土断裂分析模型

基于普通强度混凝土发生I-型开裂后的形态学特征,充分考虑其材料组成的非均质性及细观尺度绕晶失效模式,建立了用于混凝土断裂破坏行为及其宏观力学性能研究的三维细观断裂理论分析模型。模型采用细观力学基本理论框架,假设混凝土材料由骨料、砂浆和界面构成。为简化理论推导,采用弹性球体代表骨料,采用典型双线性弹性本构模型表征砂浆和界面的力学行为。建立的理论分析模型能够描述普通强度混凝土在唯一裂缝面假定下的断裂面形态学特征,并定量给出宏观尺度断裂参数。该文工作可为后续建立基于穿晶失效模式的混凝土断裂分析模型提供研究框架,为最终建立基于性能的混凝土材料配合比设计理论奠定基础。

3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能数值模拟研究

为深入研究3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能,基于3D打印混凝土永久模板叠合柱及同尺寸整体现浇对照柱试验建立构件数值模型,模拟分析其轴压荷载-位移响应及失效形态。针对界面粘结性能、现浇混凝土抗压强度、打印模板厚度、荷载偏心距等参数开展3D打印混凝土永久模板叠合柱的抗压性能计算分析,研究表明:叠合柱轴压极限承载力随着薄弱界面剪切强度、刚度及现浇混凝土抗压强度的增大而增大。由于打印材料的抗压强度高于现浇混凝土,叠合柱抗压极限承载力提升率与打印模板厚度呈近似线性关系,叠合圆柱的抗压极限承载力随着荷载偏心距的增大而降低,呈近似线性负相关。此外,偏心距对叠合圆柱极限承载力下降幅度的影响大于现浇圆柱。

RPC外包方钢管混凝土柱轴压受力性能研究

为了研究活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,RPC)外包方钢管混凝土柱的轴压受力性能,以RPC厚度和长细比为参数,对6根构件开展轴压试验研究,探讨该类组合柱的破坏模式、受力机理、套箍效应和承载力。试验结果表明:外层RPC可为内部方钢管混凝土柱提供较强的约束力,在受力后期套箍效应凸显。随着RPC厚度的增加,组合柱的承载力逐渐提高;随着组合柱长细比的增大,虽然其弹性刚度和承载力逐渐降低,但延性改善。采用ABAQUS软件建立RPC外包方钢管混凝土柱的有限元模型,分析RPC强度、RPC厚度、钢管强度等级、含钢率、内部混凝土强度和长细比等参数对组合柱承载力的影响规律,可得方钢管混凝土柱发挥系数的变化幅值为0.78~1.01。在试验研究、有限元参数分析和理论探讨的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范,提出了RPC外包方钢管混凝土轴压短柱和长柱的承载力简化计算方法,公式计算值与已有数据样本吻合良好。

配合比参数对C30高性能混凝土抗碳化性能影响算法分析

基于配合比参数,对C30高性能混凝土抗碳化性能的影响进行了探讨,得出了随着矿粉用量的增加,21 d抗压强度随之提高;随着粉煤灰掺量的降低,21 d抗压强度随之提高;C30混凝土126 d的碳化深度明显小于21 d的碳化深度,C30各组试件的21 d的平均碳化深度为7.57 mm;126 d平均碳化深度为6.51 mm。随着矿物粉用量的增大,粉煤灰用量的减小,混凝土的抗碳化能力增强。以C30-07矿粉与水泥混合料的比例为38%时,C30水泥混合料的最佳混合比例为C30-07矿粉与水泥混合料的最佳混合比例。在龄期从21 d提高到126 d时,随粉煤灰掺量比例的下降,C30混凝土试件碳化深度下降值随之减小,从1.31 mm降低为0.91 mm。利用试验数据,对混凝土的碳化过程进行了预测,结果发现,影响粉煤灰混凝土的碳化的因素比较复杂,将各模型使用应和工程相结合,对混凝土的碳化深度更好预测。利用Matlab对水泥砂浆的碳化厚度进行了线性回归分析,得到了水泥砂浆21 d后碳化厚度的计算方法。

纤维增强微生物混凝土抗裂性能及自修复试验

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用,试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中,测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明,当纤维掺量为1.5 kg/m^(3)时,混凝土试件的劈裂抗拉强度恢复至未加载体试件的95.1%;修复养护28 d后,平均裂缝宽度为0.43 mm的试件透水性系数由3.35×10^(-5)m/s降至3.40×10^(-6)m/s,降幅达89.9%;能够愈合的最大裂缝宽度为0.82 mm。在微生物自修复混凝土中掺入纤维可有效提高其抗裂性能,增强裂缝自修复效果。