基于Stacking集成模型融合的CA-UHPC抗压强度预测方法

为了解决将粗骨料引入超高性能混凝土(UHPC)后混凝土抗压强度预测和配合比设计复杂的问题,本工作提出了一种基于Stacking集成模型融合的粗骨料超高性能混凝土(CA-UHPC)抗压强度预测方法。首先,对通过文献收集到的175组数据进行预处理,随后分别基于随机森林(RF)、支持向量机(SVM)和极端梯度提升树(XGBoost)算法进行贝叶斯超参数优化以及模型的训练与评估。采用均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、以及决定系数(R^(2))来对比分析不同模型的预测精度。在此基础上建立了基于Stacking融合多种算法的CA-UHPC抗压强度预测模型,并对其进行了泛化性能验证以及可解释性和参数分析。结果表明,与单一机器学习算法相比,基于Stacking集成多种机器学习方法的模型在预测精度上有所提升,且模型与工程实践经验吻合较好,具有较高的合理度和可靠性。此外,通过模型参数分析可知,在进行CA-UHPC制备时,最佳的纤维掺量在2.0%~2.5%之间,最佳的骨料掺量为胶凝材料总量的0.2~0.4倍,增加硅粉用量可有效提高CA-UHPC的抗压强度。本工作的研究成果可为CA-UHPC的配合比设计提供理论支撑。

纳米纤维对钢纤维-UHPC基体界面黏结性能的影响

研究了钢纤维(SF)埋置深度(5、10、15、20 mm)、碳纳米管(CNTs)掺量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%)、碳酸钙晶须(CAS)掺量(1%、2%、3%、4%)对SF-UHPC基体界面黏结性能的影响,并进行了微观机理分析。结果表明:随着SF埋置深度的增加,拉拔峰值荷载和SF-UHPC基体的拉拔能均呈增大趋势,但界面黏结强度呈降低趋势;CNTs的掺入虽降低了SF-UHPC基体的拉拔能,但适量CNTs可提升拉拔峰值荷载和SF-UHPC基体的界面黏结强度;掺入适量CAS可显著改善SF-UHPC基体的界面黏结性能;相较于CNTs,CAS对SF-UHPC基体界面黏结性能改善效果相对更好。

粗骨料UHPC预制桥面板破膜排气振捣工艺试验研究

为进一步提升粗骨料超高性能混凝土(CA-UHPC)预制桥面板的抗裂能力,排出CA-UHPC预制桥面板在振捣棒振捣后残留的表层气泡,提出扎钉振捣和铺撒碎石振捣2种破膜排气振捣工艺,并设计制作了2组试件进行工艺试验研究。第1组试件共36个,研究高频(200 Hz)振捣棒振捣工艺对CA-UHPC试件气泡分布的影响,确定了顶层破膜深度为4 cm、振捣时间为25 s以及振捣间距为160 mm等基本振捣参数。基于第1组试验结果,设计第2组共9个试件(不同的扎钉振捣次数及碎石覆盖率),通过四点弯曲试验研究2种破膜排气振捣工艺对桥面板表观质量及弯曲力学性能的影响。第2组试件结果表明:扎钉振捣破膜排气工艺可有效穿透试件的表面结膜,辅助平板振捣,可有效排出表层气泡,对试件的麻面弯曲初裂强度影响显著;在前3次扎钉振捣时,桥面板的抗裂性能随着扎钉振捣次数的增加而提高,而超过4次后,试件的麻面弯曲初裂强度降低,建议扎钉振捣次数为3或4次;铺撒碎石虽然可以有效破膜,但会导致弯曲初裂强度降低。根据试验结果,给出了初始缺陷折减以及扎钉振捣次数与构件弯曲初裂强度的相关曲线和计算公式。

高强钢筋含粗骨料超高性能混凝土梁抗剪承载力的影响因素

利用正交试验法分析了剪跨比、箍筋级别、箍筋直径、箍筋间距、截面宽度、截面高度和混凝土等级等7个因素对高强钢筋含粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)梁抗剪承载力这一指标的影响。结果表明:各因素对高强钢筋UHPC-CA梁抗剪承载力的影响由大到小依次为混凝土等级>截面宽度>截面高度>剪跨比>箍筋直径>箍筋间距>箍筋级别。高强钢筋UHPC-CA梁的抗剪承载力随着剪跨比、箍筋间距的增加而降低,随着箍筋级别、箍筋直径、截面宽度、截面高度和混凝土等级的增强而升高。

高强钢筋含粗骨料超高性能混凝土梁抗弯承载力的正交分析

为了研究高强钢筋含粗骨料超高性能混凝土(Ultra high performance concrete with coarse aggregate,UHPC-CA)梁抗弯承载力的影响因素,利用正交试验法分析了钢筋等级、钢筋直径、截面有效高度和混凝土强度等级4个因素对高强钢筋UHPC-CA梁抗弯承载力的影响。结果表明:钢筋直径是影响高强钢筋UHPC-CA梁抗弯承载力的重要显著因子,钢筋等级和截面有效高度为一般显著因子,随着三者的增加,梁的抗弯承载力均逐渐提升;混凝土强度等级对高强钢筋UHPC-CA梁抗弯承载力的影响较小,随着混凝土强度等级的增加,抗弯承载力先略有降低后小幅增长。配筋率对普通钢筋UHPC-CA梁抗弯承载力的影响较大,而对高强钢筋UHPC-CA梁抗弯承载力的影响相对较小。

圆钢管含粗骨料超高性能混凝土短柱轴压承载力的正交分析

利用正交试验法分析了钢管外径、钢管壁厚、钢材强度和混凝土强度对圆钢管含粗骨料超高性能混凝土(Ultra high performance concrete with coarse aggregate,UHPC-CA)短柱轴压承载力的影响。结果表明:各因素对圆钢管UHPC-CA短柱轴压承载力的影响由大到小依次为钢管外径>钢材强度>钢管壁厚>混凝土强度;轴压承载力随钢管外径、钢管壁厚和钢材强度的增加而升高,随UHPC-CA强度的增加呈现先略有降低后逐渐增长的趋势,随套箍系数的增加而提升;随着径厚比的增加,Q235钢短柱的轴压承载力降低,而Q345钢、Q390钢短柱的轴压承载力升高。

钢管含粗骨料超高性能混凝土短柱轴压性能研究

考虑钢纤维掺量、粗骨料替代率和钢管厚度三个参数,设计制作了14根短柱试件。通过全截面轴心受压试验,考察了试件的破坏形态、荷载-变形曲线、荷载-应变曲线和极限承载力,分析了各参数对短柱轴心受压性能的影响规律。试验结果表明:当套箍系数0.217≤ξ<0.883时试件主要呈现剪切破坏形态;套箍系数0.883≤ξ≤1.431时试件主要呈现腰鼓破坏形态。在相同钢管厚度下,粗骨料的掺入能有效提高试件承载力。参考已有钢管混凝土规程,提出了CA-UHPCFST短柱轴心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。

含粗骨料超高性能混凝土高温性能的研究进展

与高性能混凝土类似,含粗骨料超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete with Coarse Aggregate,UHPC-CA)经历高温后残余力学性能会发生变化,甚至出现高温爆裂行为。为了推进UHPC-CA的实际应用进程,结合现有文献分析了含湿量、纤维、加热速率、骨料、加载应力和混凝土强度等因素对UHPC-CA高温爆裂的影响;分析了高温后UHPC-CA的残余抗压强度、残余劈拉强度和残余断裂能等残余力学性能的变化;分析了UHPC-CA高温性能的改善措施。结果表明:随着含湿量、加热速率、加载应力和混凝土强度的增加,UHPC-CA的高温爆裂程度均呈现加重趋势,加入粗骨料与纤维后可减轻UHPC-CA的高温爆裂;随目标温度的升高,UHPC-CA的残余抗压强度与残余劈拉强度均呈现先增大后减小的趋势,残余断裂能逐渐下降;热水—干热组合养护可避免UHPC-CA的高温爆裂,显著改善其高温性能。

UHPC-CA装配式干砌挡土墙设计及其稳定性研究

设计出一种新型装配式空心挡块,挡块由掺粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)浇筑而成,其干砌式墙体强度及耐久性较传统现浇挡土墙均得到提升,挡块间采用梯形榫槽进行连接,榫槽尺寸及角度基于摩擦自锁原理确定;利用模型试验、有限元仿真和理论分析等手段对新型挡块干砌式挡土墙的稳定性进行研究。结果表明:所设计的挡块榫槽间连接可靠,未发生榫槽间脱落导致的局部破坏,干砌式挡土墙整体性良好,且抗倾覆安全稳定性可达到等同现浇的效果;新型挡土墙多种方式堆砌可适用于各级标准载重汽车行驶道路的路堤以及路肩等防护工程,双排堆砌即可保证梯形榫不发生剪切破坏;挡块填土孔内可填充种植土和种植绿植,具有良好的生态效益。