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。

硫酸盐侵蚀下超高性能混凝土连接预制梁受弯性能研究

为了研究5%硫酸盐浸泡不同时间段的超高性能混凝土连接预制梁力学性能,设计并制作了五根超高性能混凝土预制梁。通过抗弯性能试验,研究了浸泡不同时间硫酸盐溶液(0天,30天,60天,180天,390天)对于预制梁抗弯性能的影响。实验结果表明:浸泡过后预制梁与未浸泡的弯曲破坏形式相似,裂缝均出现了从支座处向受压区开展的趋向,随着硫酸盐浸泡时间的增加,破坏状态下的最大裂缝宽度呈现先降低后增大,随着硫酸盐浸泡时间的大跨度增大,试验梁裂缝开展的更为迅速,且前期裂缝增大变化更为明显。其整体刚度先增大后降低,试验梁均符合平截面假定,经过混凝土本构模型的建立,其压缩(拉伸)应力–应变曲线在腐蚀时间0~60天范围内呈现上升趋势,而之后出现整体下降的趋势,且侵蚀时间越长下降程度越来越大,下降的速度成倍增加,ABAQUS有限元数值模拟结果与试验结果吻合程度较高。

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。

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。

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。

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。

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。

新型超高性能混凝土湿接缝连续T梁抗弯性能试验及有限元分析

为提高普通混凝土连续梁桥负弯矩抗裂性能,以30 m预应力混凝土简支转连续T梁为原型和设计一个1∶5的缩尺试验模型梁,对其进行抗弯试验,具体对试验梁的破坏形态、跨中荷载-挠度关系、跨中截面应变、裂缝分布、刚度折减进行分析研究。采用有限元软件ABAQUS建立试验梁的有限元模型,利用有限元模型分析不同湿接缝材料、预制部分混凝土强度等级、纵向钢筋配筋率和超高性能混凝土(UHPC)抗拉强度对梁抗弯性能的影响。试验结果表明,新型构造湿接缝设计具有合理性,能提高梁的整体刚度、耐久性和安全性,满足工程实际要求。超高性能混凝土的引入能够有效地减小裂缝宽度,显著提高普通混凝土(normal concrete,NC)截面的刚度;实际试验值与模型模拟值拟合程度良好,所建立的有限元模型具有一定的准确性和适用性。参数分析表明,提高配筋率能够显著提高梁的极限承载力和开裂后的刚度,但是对开裂荷载和开裂前的抗弯性能影响较小;采用UHPC代替普通混凝土C30作为湿接缝材料明显提高了梁的承载能力和刚度,验证了此设计方案的合理性;预制部分的强度等级,能够提高梁的极限承载能力,但影响较小,对梁开裂前的受弯性能影响很小,而UHPC抗拉强度对梁整体的承载能力、刚度和破坏挠度几乎没有影响。

预制预应力超高性能混凝土梁的有限元分析

采用ABAQUS软件建立预制预应力超高性能混凝土梁的精细有限元模型,模拟预应力超高性能混凝土梁静载试验,有限元计算结果和试验实测结果吻合良好,验证了有限元模型的可靠性。基于有限元模型,分析预应力筋的初始预拉力和超高性能混凝土材料抗拉强度对梁抗弯承载力的影响,结果表明:相同配筋条件下,当预拉应力大于1000MPa(0.53f_(ptk))时,调整预应力筋的初始张拉力不影响极限抗弯承载力;当预拉应力小于870MPa(0.46f_(ptk))时,预拉应力越高,超高性能混凝土梁的抗弯极限承载力越大;无预应力的梁承载力比预应力梁低。超高性能混凝土抗拉强度从7MPa提高到9MPa,预应力梁抗弯承载力提高3.6%,超高性能混凝土抗拉强度对预应力梁抗弯承载能力影响不大。分析工字形预应力超高性能混凝土梁的稳定性,结果表明,工字形预应力超高性能混凝土梁容易发生面外失稳,且面外初始缺陷值是梁稳定的敏感参数,实际应用时,应加强工字形预应力超高性能混凝土梁的面外约束,提高其稳定性。

配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响

根据钻地武器侵彻有配筋超高性能混凝土(UHPC)的实际背景,该文通过数值模拟方法研究了配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响。通过弹体侵彻素UHPC靶标的试验数据验证了数值模型和材料参数的可靠性,通过量纲分析确定了钢筋直径d、钢筋平面间距sh和层间距sv是影响配筋的主要因素,对300 m/s和600 m/s弹体侵彻不同钢筋间距和直径的UHPC靶标工况进行了计算分析,研究了相同配筋率情况下不同配筋形式对侵彻深度的影响。结果表明:钢筋能够有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能,侵彻深度和表面成坑直径与钢筋间距正相关,与钢筋直径负相关;在相同的配筋率下,采用小间距、小直径的配筋方式比大间距、大直径的配筋方式更能有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能。

配筋对超高性能混凝土抗爆性能的影响

爆炸荷载作用下,超高性能混凝土(UHPC)防护结构的内部配筋形式对抗爆性能具有显著影响。该文利用数值方法研究不同配筋形式对超高性能钢筋混凝土抗爆性能的影响。使用试验结果验证数值建模方法和材料参数的可靠性,建立32个不同钢筋直径和间距的炸药-空气-UHPC-钢筋数值模型,通过分析结构的局部破坏和背爆面位移,给出近爆作用下不同配筋形式的超高性能钢筋混凝土结构抗爆特性。研究表明:不同配筋率下,钢筋-UHPC结构的动态损伤规律具有相似性;配筋率相同时,钢筋直径是影响结构抗爆性能的主要因素。局部加载时,采用细钢筋的UHPC结构抗爆性能优于粗钢筋,其中均匀布筋效果最优。而整体加载时,不同配筋方式的UHPC结构损伤差异较小。

超高性能混凝土U形包裹加固钢筋混凝土T梁研究

为改善简支T梁损伤累积导致的抗弯、抗剪承载能力不足等问题,提出了采用超高性能混凝土(UHPC)U形三面包裹T梁底板和腹板的加固方案,建立了T梁加固前和采用加固后的非线性有限元模型,进行了四点弯曲试验及抗剪试验数值模拟,通过对比加固前后荷载-位移曲线,分析了加固前后的抗弯、抗剪性能。结果表明:基于ABAQUS软件模拟T梁抗弯剪试验的准确性较高,可用于后续桥梁的加固分析;采用C120、C150强度等级UHPC加固后的T梁在极限抗弯承载能力上较加固前分别提升了69%、77%;在相同剪跨比下,加固后T梁的抗剪承载力和抗变形性能显著提升;加固后有效地抑制了损伤的发展,为T梁提供了较大安全储备。

超高性能混凝土工字梁抗弯性能试验研究

通过对全尺寸预应力工字梁的试验研究和理论分析,研究了超高性能混凝土(UHPC)的抗弯性能。预应力工字梁采用抗压强度为193 MPa的UHPC,其长度为24.4 m,包含26根预应力钢绞线,但没有布置普通钢筋,分析了试验过程中及结束时试验梁的开裂情况、抗弯刚度和抗弯承载力;通过对试验结果的比较与分析,总结了拉应变和裂缝间距的关系,给出了UHPC工字梁弯曲荷载下的简化单轴应力-应变曲线,并验证了其对梁的应力和抗弯刚度的适用性,总结了预应力UHPC工字梁的抗弯设计理念。

超高性能混凝土(UHPC)π型梁人行天桥设计与施工

超高性能混凝土(UHPC)具有超高强度、超高韧性、低渗透性和高体积稳定性等性能特点,可以大大减轻结构自重、提高耐久性。湖南省湘潭市“两干”[潭州大道(湘潭段)、芙蓉大道(湘潭段)快速化改造]项目中,新建了18座人行天桥,均采用UHPC材料,属国内首次在桥梁主体结构中大规模应用π型梁截面的UHPC人行天桥。着重介绍该桥的设计与施工要点,表明UHPCπ型梁在同类桥梁中具有大规模推广的应用价值。

配筋超高性能混凝土梁有限元分析研究

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)作为一种新型的水泥基复合材料,在力学性能上具有高抗压强度、高抗拉强度、高弹性模量、高耐久性且徐变特性良好的优点。通过ABAQUS有限元分析,主要研究了在普通钢筋UHPC-T梁方案下,钢筋直径(配筋率)、钢筋强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变对UHPC-T梁抗弯性能的影响。根据参数分析结果,对于普通钢筋配筋的UHPC梁,钢筋直径(配筋率)和钢筋强度等级的改变对抗弯承载力的提高作用较为明显,钢筋强度等级的改变可以显著提高屈服荷载值,而UHPC抗拉强度的提高对于开裂荷载影响较大,UHPC极限拉应变主要影响梁体的延性。

超高性能混凝土HJC本构模型参数确定及应用

在超高性能混凝土的数值模拟中,合理地确定其本构模型参数是提高计算精度和设计可靠度的基础。基于超高性能混凝土单轴压缩试验、霍普金森压杆试验和已有的三轴围压试验等,确定了超高性能混凝土的HolmquistJohnson-Cook (HJC)本构模型参数。利用LS_DYNA软件模拟单向板爆炸试验,通过与试验中单向板的损伤程度和最大挠度进行对比,验证了已确定参数的有效性。为了进一步了解超高性能混凝土构件的抗爆机理,采用已确定的参数对单向板爆炸工况进行数值模拟,分析配筋和尺寸变化对爆炸结果的影响。结果表明,在爆炸过程中,提高纵筋配筋率可以减小单向板的跨中最大挠度,适当加密箍筋可以减小单向板侧面的斜裂缝长度。超高性能混凝土单向板具有明显的尺寸效应,其中厚度和长度变化对爆炸结果的影响最突出。

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。