部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁抗剪试验研究

目的为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁的抗剪性能,方法对4根倒置组合梁试件通过三点加载方式进行了静载试验,通过研究其负弯矩作用下的破坏形态及变形特征,得到了组合梁的荷载-挠度曲线、应变分布、荷载-滑移曲线、最终破坏形态等。结果试验研究结果表明:UHPC翼板显著提升了组合梁的变形能力和极限承载力;相较于试件SUCB-3(NC翼板),试件SUCB-1(1/2UHPC翼板和SUCB-4(全UHPC翼板))的承载力分别提高了18.2%和27.3%,变形能力则分别增强了38.02%和41.2%;钢纤维的添加能有效地抑制翼板裂缝的开展,钢纤维掺量从0提高到2%,试件的最大裂缝宽度从1.06 mm降低到0.92 mm,变形能力增强了23.61%,承载力则提高了4%。结论提出了考虑钢箱、UHPC翼板和充填混凝土贡献的组合梁抗剪承载力计算公式。

钢纤维掺量对陶粒混凝土梁长期变形的影响规律

为探究钢纤维掺量对陶粒混凝土梁徐变的影响规律,通过长期变形观测试验、理论推导式和有限元建模的方法对不同钢纤维掺量的陶粒混凝土梁的徐变性能开展研究。首先,对4种钢纤维掺量的陶粒混凝土梁开展了连续180 d的徐变挠度观测,获得徐变挠度-加载时间关系曲线、钢纤维掺量对徐变挠度的影响规律曲线;随后,参照ACI209徐变系数计算式和ACI435徐变计算式建立了隐含钢纤维掺量的陶粒混凝土梁徐变计算式;最后,按试验梁参数建立了有限元模型。研究结果表明:陶粒混凝土试件梁加载前期徐变增长较快,随着时间推移徐变增长速率逐渐变缓,加载至120 d后趋于稳定;钢纤维掺量对陶粒混凝土梁徐变影响明显,钢纤维掺量低于0.5%,掺加钢纤维对陶粒混凝土梁的徐变值影响小;钢纤维掺量在0.5%~1.0%时,增加钢纤维掺量能有效地较大幅度降低长期荷载作用下的徐变值;但当钢纤维掺量超过1.0%后降低的效果有所减弱;陶粒混凝土梁徐变计算式计算结果与试验实测值吻合较好,能够很好地反映出陶粒混凝土梁的徐变变化规律;有限元模拟进一步验证了钢纤维掺量对陶粒混凝土梁徐变的影响规律和徐变计算式。

不同钢纤维掺量全轻混凝土梁落锤冲击试验研究

由于全轻混凝土结构抗剪承载力较低,因此有必要探究钢纤维的加入对全轻混凝土梁动力性能的影响。设计钢纤维体积掺量为0%、1%、2%共3根适筋梁,对其跨中区域进行落锤冲击试验,并利用LS-dyna有限元软件进行数值模拟,对比分析各试件破坏形态、冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线。试验结果表明:在相同冲击荷载作用下随着钢纤维体积掺量的增加抑制裂缝产生和发展的现象越显著,并且裂缝相对更加集中于梁跨中区域,支座处裂缝相对减少。钢纤维的加入不影响试件冲击力最大值,但随着钢纤维体积掺量的增加,各试件冲击力第二峰值与最大值之比增加14%和26%,跨中位移最大值与残余位移分别降低3、8mm与3、7mm。经研究得出钢纤维的加入显著提高全轻混凝土梁抗冲击性能。

基于钢纤维掺量不同的UHPC的力学性能

为明确超高性能混凝土(UHPC)中钢纤维掺量对其力学性能的影响,以钢纤维掺量不同为切入点,设置7组不同的钢纤维体积掺量(0、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、4%),并设计了不同形状的试件,分析了钢纤维掺量对超高性能混凝土的坍落度、抗压强度、抗弯折能力、劈裂强度以及本构模型的影响。其试验结果表明:随着钢纤维掺量的增加,坍落度逐渐降低;其最佳钢纤维掺量为2%时,其抗压强度、抗弯折强度、劈裂强度增长幅度最大;通过文献得出应力-应变曲线的下降段参数随钢纤维掺量的增加呈递减趋势,且理论曲线和拟合曲线基本吻合。

钢纤维掺量对变形钢筋与超高性能混凝土黏结性能影响

为研究钢纤维掺量对变形钢筋与超高性能混凝土(UHPC)黏结性能的影响,设计、制作了6组18个中心拔出试件,钢纤维体积掺量为0%~5%,室外养护28 d后进行中心拔出试验,观察试件的破坏形态、黏结应力-滑移曲线、最大黏结强度及其对应的滑移等。试验结果表明:随着纤维掺量的增加试件的破坏形态从脆性破坏转变为韧性破坏;纤维掺量对黏结强度影响不大,各组黏结强度均处于60 MPa左右,峰值滑移随着纤维掺量增加而增大;纤维掺量为3%时黏结强度最大,黏结应力-滑移曲线下降段最平缓,韧性最大。建立了黏结强度与抗压强度之间的关系;建议直径16 mm的HRB500型钢筋,在UHPC中最小锚固长度试验值取2.5d;最后给出了黏结应力-滑移曲线上升段计算模型。试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考。

掺粉煤活性粉末混凝土基本力学性能研究

为探究在掺粉煤灰情况下,养护制度、水胶比、钢纤维掺量对活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete, RPC)基本力学性能的影响规律,文中完成了78个100 mm立方体和26个100 mm×100 mm×300 mm棱柱体掺粉煤灰RPC试件的单轴受压试验,基于试验结果考察了RPC立方体抗压强度与棱柱体抗压强度之间的关系,建立掺粉煤灰RPC弹性模量、横向变形系数、峰值应变、峰值应力等基本力学参数的预测模型。试验结果表明,粉煤灰的加入明显提升了RPC的基本力学性能。

钢纤维掺量对超高性能混凝土轴压力学性能影响研究

为揭示钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴压力学性能的影响规律,以钢纤维掺量为控制变量开展UHPC轴压试验并进行本构模拟。研究表明:UHPC受压应力-应变曲线由上升段和下降段组成;掺加钢纤维后,UHPC受压应力-应变曲线的下降段变缓;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的受压弹性模量、峰值应力、峰值应变均呈递增趋势;假定UHPC受压损伤区服从Weibull随机分布,构建损伤变量,引入损伤修正因子,建立一种新的考虑钢纤维掺量的UHPC受压损伤模型并分析损伤变量发展规律,利用UHPC轴压试验数据验证新建模型的可靠性。研究成果为不同钢纤维掺量下UHPC轴压力学性能的研究及本构模拟提供参考。

钢纤维增韧混凝土抗冲击性能研究综述

对钢纤维增韧混凝土抗冲击性能展开了研究,研究了在不同应变率和钢纤维体积掺量的条件下,混凝土动态峰值压应变、吸能能力、动态弹性模量增长系数和动态抗压强度增长系数的变化。结果表明:钢纤维增韧混凝土的动态峰值压应变、吸能能力、动态抗压强度增长系数和动态弹性模量增长系数均随应变率的增加而增加。随着钢纤维体积掺量增加,混凝土动态抗压强度和吸能能力逐渐增加,动态弹性模量增长系数逐渐减小。适量钢纤维可以提高混凝土的动态峰值压应变,当钢纤维掺量为1.5%时,混凝土动态峰值压应变达到最大值,掺入过多钢纤维会导致峰值压应变降低。建立了钢纤维增韧混凝土动态弹性模量增长系数、动态抗压强度增长系数和能量吸收、动态应变率和钢纤维体积掺量的计算式。

钢纤维碱矿渣混凝土梁受弯分形特性试验研究

为研究不同钢纤维掺量对碱矿渣混凝土梁表面裂缝的扩展规律的影响,制作了8根不同钢纤维掺量的碱矿渣混凝土简支梁,测试并描绘试验梁在荷载作用下的裂缝发展、分布情况,并采用分形理论对梁表面裂缝情况进行分析。结果显示:表面裂缝呈现出自相似性,有明显的分形特征,试验梁表面裂缝的分形维数范围在1.291~1.154之间;分形维数与试验荷载间呈线性关系,钢纤维掺量越多,分形维数降低;分形维数和挠度为二次增加关系,随着钢纤维体积掺量的增大,分形维数和跨中挠度关系曲线的上升速率逐步降低。

不同养护条件和钢纤维掺量对超高性能混凝土收缩性能的改善

为改善超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的收缩性能,研究了钢纤维掺量为1.5%、2.0%、2.5%的UHPC在自然养护、标准养护、热水养护3种养护条件下的收缩性能变化,通过X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,简称SEM)分析,进一步分析了影响其收缩性能变化的微观因素。结果表明:标准养护和热水养护条件下对UHPC的收缩抑制作用比较显著,随着钢纤维掺量的提高,UHPC的收缩性能会降低,钢纤维掺量为2.5%时UHPC的收缩性能仍满足要求,且在热水养护中混凝土的收缩率最小;此外,加入矿物掺合料可以促进水泥二次水化,形成致密的微观结构,使钢纤维与基体黏结更紧密。

钢纤维混凝土抗冲击性能的数值模拟研究

为研究不同钢纤维体积分数与不同钢纤维长径比对混凝土基体抗冲击性能增强作用的影响,利用ANSYS/LSDYNA3D有限元计算软件,采用损伤材料模型,数值模拟了钢纤维混凝土圆柱体撞击素混凝土靶板的过程。分析了不同初速条件下靶板破坏体积与冲击动能的关系,并将数值模拟结果与试验结果比较。结果表明:钢纤维体积分数越大,钢纤维长径比越大,钢纤维混凝土基体的抗冲击性能越好;同时也说明,损伤材料模型能够很好地模拟混凝土类材料在冲击作用下的破坏情况。

钢纤维掺量对活性粉末混凝土与钢筋黏结性能的影响

通过梁式黏结试验,对不同钢纤维掺量下活性粉末混凝土与钢筋之间的黏结性能进行了研究.结果表明:钢纤维的加入可以阻止裂缝的出现和发展,使试件的破坏形式由脆性破坏转变成明显的塑性破坏,在不配置箍筋的情况下得到黏结应力-滑移(τ-s)关系曲线的下降段,提高了试件的延性;随着钢纤维掺量的增加,钢筋的极限黏结应力τu及其对应的滑移值su增大,钢纤维掺量较小(φf=0.5%)时,影响较小,当钢纤维掺量由0.5%增至2.0%时,τu增加42.53%,su由0.327 4mm增加到0.983 8mm,较φf=0.5%时增加2.0倍;为消除抗压强度fcu对黏结性能的影响,采用相对黏结强度τu/槡fcu来考查钢纤维掺量的影响,根据试验数据拟合出τu/fcu及su的经验公式,可为工程设计提供参考.

活性粉末混凝土强度影响因素研究

研究养护时间和钢纤维掺量对活性粉末混凝土抗折、抗压强度的影响,探索低成本、超高强高性能活性粉末混凝土的配制技术,旨在促进活性粉末混凝土的推广应用.

钢纤维混凝土力学性能和弯曲韧性研究

为研究钢纤维混凝土的力学性能、弯曲韧性及最优钢纤维掺量,进行掺量为25、30、35、40 kg/m3的4组(每组15根)钢纤维混凝土切口梁试验。通过对荷载-挠度变化规律曲线分析,发现钢纤维掺入对混凝土开裂后的力学性能、弯曲韧性有显著提高,开裂后荷载二次峰值较初裂荷载最大提高了41.5%;基于CECS 13∶2009标准,分析钢纤维混凝土的能量吸收和弯曲韧性比,获得单位质量钢纤维能量吸收与钢纤维掺量的曲线关系,并推导弯曲韧性比与钢纤维掺量间的关系式,结果认为掺量为36 kg/m3时钢纤维能够最大程度发挥其弯曲韧性作用。

活性粉末混凝土受压力学性能试验

采用电液伺服阀控制的刚性试验机对不同钢纤维含量,不同养护条件下的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)进行了立方体抗压试验与轴心抗压试验。通过对试件立方体抗压强度的测定,确定了RPC的强度等级。通过对试件轴心受压应力-应变曲线的测试,得到了RPC轴心抗压强度,掌握了轴心受压过程中RPC应力-应变变化规律。同时对不同应力-应变曲线比较,分析了RPC的弹性模量、峰值应变、受压韧性指数等受压力学特性及材料本构关系,并针对结构的正截面承载力计算分析,提出了相应的计算本构模型。对于RPC力学性能的研究可以为实际工程结构的设计提供理论支持。

基于WEIBULL概率分布的钢纤维混凝土材料损伤演化分析

为研究钢纤维混凝土材料的损伤演化过程,通过WEIBULL概率分布估计了钢纤维混凝土材料的强度分布。利用钢纤维混凝土材料强度分布与损伤变量的关系,推导出了钢纤维混凝土材料的损伤演化方程,并利用线性拟合的方法来计算损伤演化方程的参数。最后利用试验数据推导了素混凝土与钢纤维混凝土的损伤演化方程。经比较,对应于相同的损伤变量,体积含量1%的钢纤维混凝土抗压强度比素混凝土增加14.7%,而体积含量3%的则提高40%。

活性粉末混凝土抗压强度影响因素研究

通过对21组100 mm×100 mm×100 mm的活性粉末混凝土立方体试块的抗压试验,研究了不同养护方式,钢纤维体积掺量对活性粉末混凝土(RPC200)抗压强度的影响,并探索低成本、超高强高性能活性粉末混凝土的配制技术,以促进活性粉末混凝土的推广应用。

钢纤维高强混凝土的配合比及基本性能研究

探讨了钢纤维高混凝土配合比的设计方法.根据钢纤维高强混凝土的特点和要求配制出3种钢纤维(铣削型钢纤维MF、切断弓型钢纤维BF、剪切波纹型钢纤维SF)高强混凝土,进行了立方体和棱柱体试件的抗压试验及弹性模量试验,分析了水泥浆含量ρp和钢纤维体积率ρf对拌合物工作性及高强混凝土基本力学性能的影响.研究表明:水泥浆含量和钢纤维体积率均是影响高强混凝土拌合物工作性及力学性能的重要因素,所得结果可为进一步研究提供有益的参考.

钢纤维轻集料自密实混凝土的配制及其在钢桥面铺装中的应用

通过对钢纤维轻集料自密实混凝土流变特性与各组分的影响机理的分析,制定了其工作性能控制方法,成功配制出了轻质高韧、组分均匀、超高流动性能的混凝土,应用于青郑高速某钢箱梁桥的桥面铺装,降低了桥身自重,提高了施工质量与效率,解决了钢桥面路面推移、拥包的工程难题。

钢纤维增强混凝土的制备及力学性能研究

单一混凝土存在韧性差、易开裂等缺陷,为增强混凝土材料的应用性能,将钢纤维混入其中制成钢纤维增强混凝土是当前的主要解决措施。为验证该措施的有效性,采用表观密度法进行配合比设计,配制出单一混凝土试件和钢纤维增强混凝土试件,并以单一混凝土试件为对比试验组。分别采用SEM、XRD和万能试验机等研究了试件的断面形貌、元素组成和力学性能。在力学性能分析阶段,研究了不同荷载作用下、不同钢纤维掺量条件时,单一混凝土试件和钢纤维增强混凝土试件的力学性能指标。结果表明,钢纤维增强混凝土试件的结构均匀且连续,具有较大的比表面积,试件受力后可以增大内部钢纤维表面的摩擦;钢纤维增强混凝土试件中C含量明显升高,占比达44%,试件的强度等级增大;通过对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、断裂韧性和弹性模量等方面的研究,可知钢纤维增强混凝土试件的整体力学性能明显优于单一混凝土试件,说明钢纤维能够有效增强混凝土性能,提高混凝土韧性,防止裂缝出现。