绿色高性能纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(green high-performance fiber-reinforced cementitious composites,GHPFRCC)是具有高韧性、卓越的裂缝控制能力、高耗能特点的新型绿色建筑材料,具有较好的抗震应用前景。首先进行了混凝土梁柱节点和GHPFRCC梁柱节点的低周往复荷载试验,在验证模型有效性的基础上,利用OpenSees对GHPFRCC梁柱节点的抗震性能进行轴压比、GHPFRCC浇筑范围的参数化分析。结果表明:OpenSees数值模拟的混凝土梁柱节点和GHPFRCC梁柱节点滞回曲线与试验值吻合较好;提高轴压比可以增强节点的抗剪承载力,但会降低节点延性,建议轴压比取值0.3~0.5;GHPFRCC可以增强梁柱节点的抗震性能,节点核心区及600~900mm梁端范围浇筑GHPFRCC可以有效改善节点的抗震性能。

超高性能钢纤维增强水泥基复合材料的力学性能及微结构分析

系统研究了偏高岭土对超高性能钢纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响规律,并采用XRD、纳米压痕、SEM等现代分析测试手段揭示该材料具有超高性能的微观机理.结果表明,掺加偏高岭土比不掺的试件在相同养护龄期、相同纤维掺量等条件下显示出更加优异的力学性能;超高性能钢纤维增强水泥基复合材料由于具有极低的低水胶比,其90 d水泥水化程度仅有65%左右,硬化水泥浆体中存在大量未水化的水泥颗粒,且绝大部分水化产物为UHD C-S-H凝胶;偏高岭土中存在大量的活性SiO2和Al2O3,可以促进水泥的水化,进一步填充了复合材料内部的空隙,使得材料整体的密实度得以提高,界面得以强化,从而使复合材料呈现出优异的力学性能.

基于OpenSees绿色高性能纤维增强水泥基复合材料柱抗震性能研究

利用Open Sees对绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites,GHPFRCC)柱在低周反复荷载作用下的抗震性能进行数值模拟,得到了C30柱、GHPFRCC柱、火损GHPFRCC柱和加固火损GHPFRCC柱的滞回曲线和骨架曲线,并与试验结果进行对比分析。模拟不同加固厚度、不同压应变值和不同的积分点数量GHPFRCC柱的性能变化,得出结论。Open Sees软件能很好地模拟GHPFRCC结构,加固厚度越大,极限承载力越大;极限压缩应变选值在-0.002^-0.006之间最为合适,在模拟过程中,选择积分点为5模拟的更精准。

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料的弯曲行为

高韧性的PVA-HPFRCC具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低。本文采用工业废料(粉煤灰、硅灰等)替代部分水泥来制备高强度的PVA-HPFRCC,并研究粉煤灰、硅灰掺量以及PVA纤维体积掺量对高强度HPFRCC的弯曲行为的影响。研究结果表明:大掺量粉煤灰替代水泥可有效改善HPFRCC的应变-硬化特性,当粉煤灰掺量达到胶凝材料重量的60%时,其应变-硬化特性发挥的最为明显;增加PVA纤维体积掺量可提高HPFRCC的抗弯承载力和达到极限荷载时的变形能力,硅灰则降低了HPFRCC的韧性。

高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)的制备及其力学性能研究

采用常规的材料及通用的工艺力法,通过加入不同纤维、降低水胶比、去除粗骨料等方法配制抗压强度接近100 MPa的高性能纤维增强水泥基复合材料,并进行抗压强度、抗折强度、抗拉强度、静力弹性模量等力学性能试验,结果表明:高性能纤维增强水泥基复合材料不但具有较高抗压强度,其韧性及变形能力良好,适应现代工程结构的发展需要。

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗火性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites,简称GHPFRCC)主要是以工业废料粉煤灰代替水泥,加入聚乙烯醇纤维等材料制备而成,具有低碳高效、力学性能优异的特点。通过3组GHPFRCC梁柱节点构件试验,从轴压比和受火方式两方面研究了GHPFRCC梁柱节点的耐火性能,并通过有限元分析与试验结果进行了对照,论证了ABAQUS模型的有效性。结果表明:有限元模拟分析与试验结果吻合良好;轴压比的大小与试件耐火极限成反比关系,为保证试件耐火性能,应合理控制其轴压比;轴压比过大时,箍筋配置密集度影响构件火灾后的破坏程度;三面受火试件梁端挠度变形在相同温度荷载条件下大于四面受火试件。

纤维混杂对超高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

采用最紧密堆积理论对UHPFRC进行配合比设计,并通过应用Excel Solver Tool进行编程求解,实现了UHPFRCC符合体系的理论设计,利用石灰石粉改善流动性的作用得到最终配合比。基于基准配合比,研究了钢纤维与合成纤维混杂对UHPFRCC的力学性能的影响。试验结果表明:基于Dinger-Funk模型可实现自密实UHPFRCC的配合比设计;混杂纤维可增强UHPFRCC的抗压强度,但抗折强度有所降低;相比于单掺2%钢纤维的UHPFRCC,合成纤维的取代掺入均降低了UHPFRCC的抗压强度和抗折强度。

二次受力下绿色纤维增强水泥基复合材料加固RC梁抗弯性能数值仿真模拟

利用回收胎圈钢丝通过机械截断、摩擦剥离橡胶等自动化工序制成绿色纤维与C40混凝土组合形成绿色纤维增强水泥基复合材料,可应用于混凝土结构加固补强。此种材料既能促进建筑业可持续发展,也能为我国“碳达峰”、“碳中和”战略目标的实现提供有效途径。使用增大截面法对二次受力情况下的RC梁进行加固,利用ABAQUS有限元软件对采用不同加固材料的RC梁进行数值仿真模拟。通过对5根RC梁进行数值模拟分析,分别得出试件的应力分布云图、损伤云图及荷载-挠度曲线。结果表明,增大截面法能够有效提高RC梁的刚度和极限承载力,加固层掺入纤维不但可以增强加固层与原梁的黏结效果,还能有效抑制裂缝,确保加固梁的整体性。而当体积掺率为1.5%时,绿色纤维较普通纤维加固效果更明显。当绿色纤维的体积掺率降低至1.0%时,梁的加固效果明显降低了,体积掺率提升至2.0%时,加固效果提升不明显,且延性略微降低。

高性能纤维增强水泥基复合材料及其墙材制品性能试验研究

制备了一种以高性能纤维增强水泥基复合材料为壳体、泡沫混凝土为芯体的新型复合墙板,并对其力学性能、热工性能进行了研究。结果表明:随着纤维掺量的增加,复合墙板的3 d、7 d和28 d抗折强度明显增加,7 d和28 d抗折强度均能达到20 MPa以上,极限抗弯荷载系数为9.0;空心墙板的力学性能与复合墙板基本一致;空心墙板的传热系数较高,为3.20 W/(m^(2)·K),复合墙板的传热系数最低,为0.82 W/(m^(2)·K)。

超高性能纤维增强水泥基复合材料单根钢纤维拔出行为研究

基于Funk-Dinger模型求解计算,实现超高性能纤维增强水泥基复合材料(UHPFRCC)基体配合比的确定,并在此基础上分别研究了纤维埋入深度、基体中纤维掺量以及纤维埋入角度对单根钢纤维在UHPFRCC中拔出行为的影响。试验结果表明,纤维埋入深度、基体性能和纤维埋入角度均对UHPFRCC中单根钢纤维拔出行为影响显著,粘结强度和拔出功均随着埋入深度和基体强度的增加而大幅度提高。

绿色高性能水泥基复合材料加固火损RC柱抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料是一种用大掺量粉煤灰替代水泥的改性工程水泥基复合材料,具有优异的延性与抗震耗能能力。为解决火灾后RC柱抗震等问题,提出采用GHPFRCC材料加固方法。对采用GHPFRCC材料加固RC柱进行拟静力试验,并采用OpenSees有限元软件进行数值模拟,通过对比模拟结果与试验结果,验证有限元分析的可靠性。结果表明:滞回曲线、骨架曲线的试验值和模拟值整体吻合,极限承载力的偏差不大;与未加固RC柱相比,经过加固后的RC柱变形能力明显增加,加固后极限承载力提高26.63%,极限位移提高12.5%,后期水平荷载退化速率降低,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优秀。同时使用OpenSees进行参数分析可知,为了保证RC加固柱的延性与承载力,必须控制轴压比,建议GHPFRCC置换高度大于1/3柱高。

混掺固废磷石膏纤维增强水泥基复合材料强度特性与机制

采用流浆法成功制备了一种混掺磷石膏固废的纤维增强水泥复合材料。首先对固废磷石膏进行生石灰中和、去杂、烘焙改性处理激发其胶凝特性,再按质量比5∶4∶1比例与矿粉、钢砂混合,形成改性固废磷石膏混合料(Modified solid waste phosphogypsum mix,MWPM)作为辅助胶凝材料,取代部分水泥;采用固废磷石膏集料替代部分天然细集料,同时考虑掺入少量聚甲醛(POM)纤维及木制纸浆纤维,进行纤维增强水泥基复合材料的基准配合比设计研究,并结合XRD及SEM分析其强度及微观机制。结果表明:MWPM与磷石膏集料的掺量对固废纤维增强水泥板的密度、吸水率、导热系数等几乎没有影响;尽管前期强度随着MWPM掺量的增加而略微降低,但在掺量达到18wt%左右时仍能保持在4 MPa左右,且后期强度相比之下有部分增强;同时经过冻融实验后的冻融抗折强度比率不低于70%,满足非承重纤维增强水泥板规范需求;磷石膏集料对复合材料有微小的增强效应,掺量为20wt%时相对优化。基于上述研究,提出了混掺磷石膏固废纤维增强水泥基复合材料的基准配合比,可有效利用固废磷石膏155.39 kg/m^(3),减少水泥消耗78.58 kg/m^(3),降低CO_(2)排放27.60 kg/m^(3)。微观分析表明:二水磷石膏、钙矾石和水化硅酸钙凝胶相互填充结合,形成互穿三维空间结构,同时通过引入POM纤维和木质纸浆纤维,使基体、骨料与两种纤维形成了更紧密的整体结构,这种结构的形成可进一步提高试件的整体力学性能。混掺磷石膏固废纤维增强水泥复合材料兼具良好力学性能和固废利用率,可为非承重绿色保温材料的发展提供参考。

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料单轴受拉特性

高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低,采用我国地方材料资源和工业废料,可制备出高强度同时极限变形量满足实际工程要求的高性能PVA纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC),以应用于高层抗震建筑结构的关键部位。通过单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、粉煤灰掺量、硅灰掺量、水胶比及砂胶比对HPFRCC抗拉性能的影响,研究结果表明:随着PVA纤维体积掺量的增加,HPFRCC的抗拉强度与极限拉应变增大;大掺量粉煤灰替代水泥及增大水胶比可降低HPFRCC的抗拉强度,但明显改善其受拉应变硬化特性;HPFRCC中掺入适量硅灰及细砂可提高其抗拉强度,但极限拉应变降低,尤其当砂胶比较大时,HPFRCC的受拉应变硬化现象不明显;基于细观力学模型,分析了各因素对HPFRCC拉伸应变硬化特性影响的原因,研究结果可为今后HPFRCC的实际工程应用提供基础依据。

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料常规三轴受压本构模型

对PVA纤维体积率从0%～2%的高性能水泥基复合材料(HPFRCC)圆柱体试件进行了6种不同围压下的常规三轴受压试验,研究其三轴受压性能,测得了极限抗压强度、峰值应变、极限应变以及应力-应变曲线。根据试验结果得出HPFRCC的极限抗压强度、峰值应变以及极限应变与侧向围压之间的关系。基于实测圆柱体应力-应变曲线的特点,提出了HPFRCC材料常规三轴受压本构模型。计算结果与试验数据的对比表明,根据该文模型所得的计算曲线与试验曲线吻合较好,研究成果可为HPFRCC结构非线性有限元分析提供依据。

型钢高性能纤维增强水泥基复合材料剪力墙非线性有限元分析

以型钢高性能混凝土剪力墙试验研究为基础,利用有限元软件ABAQUS,考虑材料非线性,对型钢HPFRCC剪力墙构件的加载全过程进行数值模拟,其结果与试验结果吻合较好。根据该有限元模型,分析型钢混凝土剪力墙中采用高强度高延性的高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)替代混凝土后的性能特点。结果表明:在抗剪钢筋和约束钢筋相同的情况下,型钢HPFRCC剪力墙可明显提高剪力墙的抗震能力及耐损伤能力,减小震后修复费用;对于塑性铰区采用HPFRCC的型钢HPFRCC-混凝土组合剪力墙,塑性铰高度较大时,型钢HPFRCC-混凝土剪力墙的变形能力较好,但其范围有临界值,超过临界值,再增大HPFRCC的范围,剪力墙的变形能力不再增大。

PVA纤维掺量对钢筋HPFRCC/混凝土复合梁受弯性能的影响

为改善普通钢筋混凝土梁易开裂的缺点,可将受拉区部分混凝土采用同体积的HPFRCC替代形成HPFRCC/混凝土复合梁。基于复合梁的正截面弯曲性能试验,主要研究PVA纤维体积掺量对复合梁受弯性能的影响,研究结果表明,受拉区HPFRCC层的存在,可有效分散裂缝且抑制裂缝的扩展,复合梁的裂缝呈"根系状"分布形态,且随着HPFRCC层内纤维掺量的增加,裂缝变得更加细密;开裂后,PVA纤维的桥接承拉作用使复合梁中受拉钢筋与压区混凝土的应变增长较为迟缓;与普通混凝土梁相比,复合梁的初裂荷载、屈服荷载与极限荷载均有不同程度的提高且开裂荷载的提高幅度最为明显。

复合筋增强ECC混凝土组合柱抗震性能研究

ECC是一种具有假应变硬化特性和多裂缝开展机制的高性能纤维增强水泥基复合材料,将ECC替代混凝土用于建筑结构能有效避免因混凝土脆性导致的开裂和耐久性问题。提出了新型FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合柱构件,将FRP筋配制在柱构件边角处,而ECC仅用于柱构件薄弱的柱底。为进一步研究ECC与混凝土对柱构件抗震性能的影响,通过对比5根柱构件的滞回曲线、骨架曲线进行分析。结果表明,将ECC替代混凝土用于FRP筋-钢筋复合增强柱构件能够避免因混凝土脆性性质导致的诸多缺陷,有效的给FRP筋提供一个有效的保护,构件的延性和变形能力得到提高。在0.1~0.42轴压比情况下,随着轴压比的增大,承载力增大,而变形能力变差。

纤维增强水泥基复合材料装配式节点抗震性能研究

为了研究普通混凝土和高性能纤维增强水泥基复合材料(High-performance fiber-reinforced cementitious composites,简称HPFRCC)两种不同核心区浇筑材料对装配式节点抗震性能的影响,进行了拟静力试验,并在试验基础上利用Open Sees软件对比计算,分析轴压比和计算模型的影响。结果表明,在低周往复作用下,模拟与试验结果吻合度较好;HPFRCC应用于装配式节点核心区,可提高节点核心区的抗剪承载力和节点的耗能能力;提高轴压比对构件承载力有利,但过高的轴压比对节点延性不利,建议轴压比取0.3~0.5;采用弹性节点模拟比采用刚性节点的模拟有更好的精度。

纤维增强混凝土连接的装配式混凝土结构节点性能综述

装配式混凝土建筑在国内外已有广泛的应用,预制混凝土构件的连接是装配式结构性能的重要影响因素之一。本文在装配式建筑节点连接研究进展的基础上,总结了普通纤维增强混凝土、超高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)连接的装配式混凝土构件承载力、裂缝和破坏形式、刚度退化和耗能等特性。纤维增强混凝土连接预制混凝土构件均能提高装配式结构的承载力,避免梁-柱节点核心区发生剪切破坏,在梁端形成塑性铰,实现“强节点弱构件”的需求;普通纤维增强混凝土连接的预制混凝土构件在新旧混凝土界面处的破坏仍较明显;超高延性纤维增强水泥基复合材料连接的预制混凝土构件整体延性增大,且在循环荷载作用下,承载力和刚度退化速率较小;超高性能混凝土连接较大程度缩短连接处钢筋搭接和现浇段长度。

北京市高强混凝土公司预拌超高性能混凝土UHPC首次工程应用

1月31日上午,京哈高速公路加宽改造工程五环至六环田家府段,在近80 m的连续箱梁新旧桥湿接缝部位,一种新型的混凝土——超高性能混凝土(UHPC)正在泵送浇筑,这是北京市高强混凝土公司超高性能混凝土首次工程应用,以预拌方式生产供应UHPC在北京预拌混凝土行业也属首次。UHPC是一种纤维增强水泥基复合材料。