高强钢筋超高性能混凝土梁受弯性能数值分析

为探究高强钢筋超高性能混凝土(UHPC)梁的工作性能,结合有限元软件ABAQUS,以纵筋强度作为变化参数,对4根配制了高强钢筋的UHPC梁进行了四点弯曲数值分析。对比分析了各模型梁的抗弯承载力、荷载-挠度曲线、梁体裂缝破坏等特征。研究结果表明,随着纵向钢筋屈服强度的提高,UHPC配筋梁的开裂荷载有所上升,梁体破坏时脆性增加,极限荷载显著提高;纵向钢筋屈服强度的增加可以有效提高配筋梁的承载能力;高强钢筋与超高性能混凝土工作性能良好。

钢筋超高性能混凝土梁抗剪承载力及力学性能分析

为研究钢筋超高性能混凝土(R-UHPC)梁抗剪性能及承载力,进行了不同剪跨比、钢纤维掺量、UHPC抗压强度、配箍率的R-UHPC梁抗剪试验。对比不同设计参数下试验梁的破坏形态、钢筋应力及延性性能,分析各因素对R-UHPC梁抗剪承载力的影响;基于细观理论分析纤维对R-UHPC梁抗剪性能的贡献,提出基于分项叠加法的单独考虑纤维抗剪贡献的R-UHPC梁抗剪承载力计算方法,并通过试验结果及规范计算结果对该理论方法精度进行验证。结果表明:R-UHPC梁裂缝开展得较充分,破坏时呈多缝开裂状态;随着剪跨比、钢纤维掺量、UHPC抗压强度、配箍率的增大,R-UHPC梁破坏形态由剪压破坏逐渐转为弯剪复合破坏;配箍率和纤维掺量的提高可以显著提升R-UHPC梁的延性;提出的单独考虑纤维抗剪贡献的R-UHPC梁抗剪承载力计算公式具有较好的分析精度。

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。

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。

钢筋超高性能混凝土梁受剪性能细观分析

为了研究钢筋超高性能混凝土(UHPC)梁的受剪破坏机理,对8根UHPC梁进行了受剪性能试验,设计变量包括钢纤维掺量、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距。结果表明:钢纤维桥接作用能够显著提高UHPC梁受剪承载力,限制裂缝发展,减小裂缝间距;随着剪跨比增大,受剪承载力减小但变形能力增强;随着配箍率增大,受剪承载力提高,且增设箍筋能够显著改善UHPC梁峰值荷载后的受剪性能,减小斜裂缝宽度和长度;掺入钢纤维和增设箍筋均能够减小斜向变形(垂直于支座与加载点连线方向的混凝土变形),提高UHPC梁开裂后刚度。结合UHPC梁剪切受力特点,分别确定了临界剪切裂缝界面钢纤维、纵筋销栓作用、剪压区混凝土和箍筋等对受剪承载力的贡献,建立了UHPC梁细观多参数受剪承载力计算式。采用该计算式与5种常用计算式对收集的102根UHPC梁受剪承载力进行预测,发现采用细观多参数受剪承载力计算式的预测值与试验结果吻合较好,进而分析了常用设计参数对受剪承载力的影响规律,发现当剪跨比增大时,剪压区混凝土的受剪承载力会显著减小;纵筋销栓作用和临界剪切裂缝界面钢纤维的受剪承载力均随纤维特征值的增大而提高。

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。

高强钢筋超高性能混凝土框架结构易损性分析

为了研究高强钢筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)结构的抗震能力,本文选取了8条地震动分别对普通钢筋混凝土框架结构(模型Frame-C)和高强钢筋UHPC框架结构(模型Frame-UHPC)进行了增量动力分析,分别以最大层间位移角和谱加速度为结构需求参数和地震动强度参数,拟合出概率地震需求模型,进而计算出2个模型的地震易损性曲线,得到了结构的风险预测和损伤评估结果。研究结果表明:规范性态点下,相较于模型Frame-C,模型Frame-UHPC达到最大中等破坏或严重破坏状态概率时所对应的地震动强度更大,表明模型Frame-UHPC在强震作用下具有更好的抗震能力;小震作用下,模型Frame-UHPC的易损性指数明显小于模型Frame-C,体现了高强钢筋UHPC结构的高强优势。当使用规范性态点时,2个模型在中震和大震作用下的易损性指数相差较小,模型Frame-UHPC不能充分发挥UHPC和高强钢筋的材料优势。通过对文献中配筋UHPC柱数据整理分析,给出了适用于模型Frame-UHPC的建议性态点。与规范性态点相比,建议性态点下模型Frame-UHPC达到极限状态的概率更低,易损性指数也明显减小,小震和中震所应对的易损性指数分别减小了19.5%和42.3%,模型Frame-UHPC在建议性态点下可以更好地发挥其材料优势。

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。

超高性能混凝土与不同钢筋粘结性能研究

钢筋与混凝土之间的粘结强度是保证两者能够共同工作、协同变形的基础,超高性能混凝土具有超高的力学性能、延性和耐久性,工程使用的钢筋种类越来越多,研究超高性能混凝土与不同钢筋的粘结性能具有深远意义。本文研究了不同强度(HRB 600、HRB 500、HRB 400)和不同构造(带肋钢筋、光圆钢筋)钢筋与超高性能混凝土的粘结机理,对比分析了它们和超高性能混凝土之间的粘结性能。

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。