UHPC板燕尾连接构造设计仿真分析

仿真分析基于有限元软件采用三维实体建模来分析燕尾连接构造设计的抗剪强度、抗拉强度及弯曲状态下燕尾构造的受力状态,进而对模型进行优化设计以达到提高其承载能力目的,最终确定燕尾构造设计方案,为行业内UHPC板优化设计提供一种解决问题思路[1]。

配筋UHPC板抗弯性能实验研究

开展8组共16个配筋UHPC板的四点弯曲实验,讨论配筋率、钢纤维掺量和板厚等对其破坏模式、开裂、极限荷载、荷载位移曲线等的影响,初步优化钢筋的配置方式、配筋率、钢纤维掺量等.结果表明,配筋UHPC表现出优越的抗裂性能;破坏过程为下层先弯拉开裂、钢筋屈服,随之钢纤维部分拔出,直至UHPC压碎,最终达到极限荷载;裂缝分布主要集中在纯弯段,板底部有1~3条明显主裂纹,最大主裂缝宽度均超过2 mm,呈现出适筋破坏现象;相比开裂荷载,配筋对极限荷载影响更大;受拉区钢筋单层和双层的设置形式对其抗弯承载力影响很小,而延性呈现不同的变化规律;钢纤维掺量在一定范围内增大有助于提高开裂荷载,能够缓解开裂后刚度的退化,但当钢纤维掺量超过4.5%后,出现半脆性破坏.

含小型粗骨料UHPC板抗弯性能研究

研制新型的含小型粗骨料UHPC板,提升传统大跨径组合梁斜拉桥普通混凝土桥面板的抗弯性能。通过对含小型粗骨料UHPC进行基本材料性能研究,以及对含小型粗骨料UHPC板试件进行抗弯试验,材性试验探究含小型粗骨料UHPC材料的本构关系、弹性模量和终凝后的干燥自收缩等,发现在UHPC中添加小型粗骨料后,UHPC在抗压性能方面得到提高,减小终凝后的干燥自收缩,但会降低一定的抗弯拉强度和韧性;含小型粗骨料UHPC板试件的抗弯试验探究了试件的荷载-挠度关系与弯矩-最大裂缝宽度关系。发现UHPC板试件具有较高的开裂强度,结构破坏呈现出多裂缝发展。抗弯试验、有限元分析和承载力公式计算结果表明:含小型粗骨料UHPC板具有较好的抗弯、抗裂性能,但计算承载能力时应充分考虑添加小型粗骨料后对结构拉伸性能降低的影响。

基于UHPC板和EPS耗能层的落石冲击力研究

艰险山区铁路建设及运营多面临危岩落石风险,常规的落石防护棚洞为RC结构铺设砂土垫层,该结构形式应用时一般为隧道明洞接长或支承于路基基础之上的棚板结构,当其应用于桥隧相连工程时因重力过大而难以实现桥梁棚洞一体化建造。危岩落石防治的桥梁棚洞一体化关键技术在于设法减轻防护棚洞重力,通过试验研究UHPC板铺设EPS耗能层后落石冲击能量与冲击力的关系,旨在通过新型高强材料的应用降低棚洞重力以实现桥梁棚洞一体化技术。研究结果表明:(1)峰值冲击力发生在0.05~0.1s,冲击力随时间呈抛物线形快速增减;(2)冲击能量在50kJ以下时EPS垫层耗能明显,50kJ以上冲击时应避免形成二次峰值冲击;(3)EPS耗能后峰值冲击力增速低于冲击能量的增速,EPS耗能层厚度在70~110cm时耗能变化显著;(4)峰值冲击力与冲击能量的关系为对数函数,拟合的峰值冲击力公式可为同类工程设计提供借鉴。

建筑幕墙使用的新型板材-UHPC板的研究

在新时期建筑外墙施工中,新型UHPC板材可以在实际施工中充分匹配目前超大型建筑的外墙建设要求,因此博得了建筑设计市场内承包单位与设计企业的高度关注。但不得不承认的是,该材料作为新兴建材,于具体施工中所积累的经验较少,尤其缺乏切实可行且科学合理的质检标准进行指导。除此以外该项建材在实际使用过程中于流程及辅助构建作业上也相应缺失具体案例数据的积累参考。为了改善上述现象,依托杭州市内某幕墙建筑工程实际案例,针对质检标准、技术方案以及吊装锁具技术难点等进行归纳分析,旨在为后续业内施工管理提供理论支撑与现实依据。

建筑幕墙使用的新型板材-UHPC板的研究及探讨

随着社会经济的发展,各种新材料层出不穷,其中UHPC板因其能做成超大板块而成为建筑师们的新宠.但由于其为新材料,目前尚未有国家标准或行业标准,虽有团体标准,但还不太成熟,本文结合笔者设计的厦门新会展中心设计过程中使用的该材料,简要介绍对该材料的研究及探讨,希望能为后续建筑幕墙设计使用该种材料提供一些借鉴.

高强钢丝布对UHPC双向板弯曲性能的影响

为研究高强钢丝布(high strength steel wire cloth,SWC)及与混杂纤维的协同效应对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)双向板抗弯性能的影响,本文进行了四边简支弯曲试验,设计变化参数为SWC层数和混杂纤维种类。结果表明:UHPC双向板的承载能力随层数的增加而提高;相比于铺设2、3层SWC的UHPC板,铺设1层SWC的板破坏时变形能力最好;从提高UHPC板承载能力和弯曲韧性的角度出发,与SWC协同效应最佳的短切纤维顺序依次为:钢纤维、聚甲醛纤维、玻璃纤维、聚乙烯醇纤维和玄武岩纤维。纤维体积掺量为1.5%时,全掺钢纤维的SWC板承载力最高,掺1.0%钢纤维和0.5%聚乙烯醇纤维的SWC板破坏时变形能力最好;玄武岩纤维相较其它纤维对UHPC板的增强效果最弱。

钢-UHPC组合板环氧黏结界面抗剪与抗拉性能试验

文章以预制UHPC板与钢板采用环氧树脂黏结剂连接的组合结构为对象,开展了连接界面抗剪与抗拉的试验研究。试验结果表明,试件中的环氧树脂黏结剂和UHPC材料本身均保持完好;破坏位置,抗剪试件为黏结剂与钢板交界面,抗拉试件为黏结剂与UHPC的交接面;破坏性质为脆性,交接面出现滑移或分离后快速丧失承载力。抗剪强度受黏结面积影响不大,实测值平均值2.59MPa,抗剪强度设计值为1.36MPa。抗拉强度与黏结面积有关,当试件尺寸由160mm增大至200mm,实测值分别为2.74MPa和1.86MPa,降幅超过30%,抗拉强度设计值为0.78MPa。UHPC中钢纤维掺量在1%~2%范围内对抗拉黏结强度影响可忽略。建立了钢-UHPC组合板有限元模型进行受力分析。分析表明,在轮载作用下,黏结层以受剪为主,沿横桥向最为不利;最不利荷载工况的最大剪应力和竖向拉应力分别1.11MPa和0.15MPa,均低于黏结剂抗剪和抗拉强度设计值。根据试验和实例分析结果,考虑到黏结剂连接脆性破坏特性,建议重视胶结界面的处理,重点关注抗剪强度问题。

不同配置的UHPC粘接加固钢纤维复合混凝土板性能测试研究

以研究用超高性能混凝土(UHPC)加固的复合钢筋混凝土(RC)板的性能,对9个矩形试件进行了试验。试样为2个系列,具有不同的UHPC强化配置,第1个是修复系列,测试UHPC作为修补老化混凝土结构的修补材料;第2个是UHPC覆盖系列,用于加固钢筋混凝土构件的拱腹。结果表明,与未进行UHPC加固的钢筋混凝土板相比,使用修复系列,UHPC减少了斜裂缝,并产生了更多的弯曲裂缝。UHPC在开裂后范围内表现出优异的能量吸收和广泛的挠曲硬化和延展性。在UHPC覆盖层系列中,每个板都显示出对角剪切裂缝和脱粘模式。UHPC覆盖层延缓了剪切裂缝的发展,随着覆盖层厚度的增加,极限荷载增加;但UHPC发生断裂失效的趋势也增加。

采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂,需密集配筋,施工现场需要大量蒸养设备等问题,提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验,揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能;通过节段足尺模型试验与有限元分析,明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明:钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面,法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa;栓钉间距在150~320 mm之间时,栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小,可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算,抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^(-1);界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护,可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%,预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa;在3倍车辆设计荷载作用下,UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。

自锚式悬索桥UHPC矮肋板接缝处理工艺研究及应用

益阳市青龙洲大桥系首座采用UHPC矮肋板结构的自锚式组合梁悬索桥,预制桥面板运输到桥梁现场进行湿接缝浇筑整合成一体。通过模拟施工环境,对大桥横向与纵向湿接缝进行多组足尺模型试验,并与有限元模型受力分析结果进行对比,全面评估UHPC矮肋板结构在实际桥梁工程建设中的技术可行性,结果表明:接缝处UHPC拉应力水平为该结构的主要控制指标,且接缝结构的抗弯性能满足工程要求。文中论述了UHPC矮肋板结构在青龙洲大桥建设中的施工技术特点,为类似工程提供参考。

盾构综合管廊UHPC双T隔仓板模块化产品技术

介绍了一种盾构综合管廊UHPC双T隔仓板模块化产品技术,提出了适用于盾构综合管廊的UHPC双T隔仓板的新型结构形式;通过研发一种盾构综合管廊UHPC双T隔仓板结构和专用模具以及一整套适用于UHPC隔仓板的智能温控养护设备,保障了UHPC双T隔仓板构件质量,加快了工程进度,降低了施工成本,创新了施工工艺,提高了综合管廊项目的整体建造效率。基于盾构综合管廊UHPC双T隔仓板模块化产品技术有力推进了装配式建造技术的发展,且可广泛用于装配式盾构隧道工程,为城市地下工程施工提供了借鉴。

UHPC薄板屈曲试验及临界板厚比研究

UHPC材料是一种新型纤维增强水泥基复合材料,利用材料强度高的特点设计建造桥梁通常为薄壁箱形结构,薄壁箱梁存在剪力滞效应、扭转畸变、翘曲失稳等问题。为研究UHPC箱梁顶板翘曲失稳,指导UHPC薄壁箱梁结构避免局部失稳破坏先于材料强度破坏,进行不同边界条件均布加载的19个UHPC薄板屈曲荷载试验研究。结果表明:UHPC板的屈曲主要有局部受压破坏、单方向裂缝破坏和双向裂缝破坏3种;屈曲荷载计算应引入材料和制作修正系数0.7;UHPC板最大幅值位于h/2高度,并只产生一个半波。最后对屈曲荷载试验值进行有限元计算分析对比,并通过欧拉公式推导UHPC箱梁顶板的临界板厚比限值。

叠合面钢筋对UHPC叠合板受弯性能影响试验研究

为研究UHPC叠合板的受弯性能,建立UHPC叠合板抗弯承载力计算式。采用反向等效加载方式,考虑构造形式和叠合面钢筋的影响,对1块超高性能混凝土整浇板和3块不同叠合面钢筋形式的超高性能混凝土叠合板进行受弯性能试验,观察构件破坏形态,分析荷载-挠度曲线、抗弯承载力等数据,得到这些因素对试验板位移延性、变形恢复性能与抗弯承载力的影响规律。结果表明:试件在静力荷载作用下均表现出相同的受力性能,破坏前有明显征兆,为延性破坏,卸载后裂缝闭合较好。与整体现浇板相比,叠合面无连接钢筋的UHPC叠合板能提高其位移延性,降低其复位性能;叠合面连接钢筋桁架钢筋和马镫钢筋能提高UHPC叠合板的复位能力及受弯承载力,配制桁架钢筋的叠合板提升幅度更大。对超高性能混凝土叠合板的抗弯承载力模型及公式进行探讨,提出了UHPC叠合板的抗弯承载力计算式,理论计算结果与试验结果吻合良好。

不同浇筑方式下UHPC空心板受力性能研究

为了研究不同浇筑方式下的UHPC空心板结构的受力性能,通过两点对称加载法分别对1块UHPC整浇空心板和2块抗剪腹筋数量不同且分2次浇筑的UHPC叠合空心板进行弯曲加载试验,对试件的承载力、挠度、裂缝形态以及混凝土应变进行分析。研究结果表明:有腹筋叠合空心板和整浇空心板在对称荷载作用下纯弯段满足平截面假定;整体浇筑可以提高试件的承载力且显著增强试件的延性;增加抗剪腹筋的数量能够显著降低叠合板的滑移,提高叠合板的整体抗弯刚度和承载力,仅靠人工粗糙面难以满足叠合面的抗剪要求。最后,参考相关规范对各试件受弯承载力进行了计算对比,计算值与试验值吻合较好。

超薄无筋UHPC镂空装饰板安装技术研究

近年来,UHPC镂空装饰板被广泛应用于建筑外立面装饰领域。然而,UHPC镂空装饰板普遍超薄且不配置钢筋,安装过程装饰板开裂现象时有发生,产生质量和安全隐患。文章对超薄无筋UHPC镂空装饰板安装技术进行研究,采用专用辅助吊装装置承托装饰板,机械和人工协同完成位置调整,确保装饰板安装安全可靠,有效降低施工成本,为类似工程提供参考。

UHPC芯柱板受力性能试验研究与有限元分析

为了研究UHPC芯柱板在模块建筑结构中的受力性能,设计并制作了一块足尺UHPC芯柱板,对其进行两边简支的受弯性能试验,获取UHPC芯柱板的承载能力、挠度、裂缝、破坏形态以及截面应变等。试验结果表明:UHPC芯柱板在四点弯曲加载试验中的荷载-位移曲线可对应试件受力分为弹性、弹塑性、屈服三阶段;UHPC芯柱板主要破坏模式为弯曲破坏,在弹性阶段,受弯截面符合平截面假定。基于ABAQUS有限元分析软件对UHPC芯柱板受力性能进行数值模拟与参数分析可知,提升UHPC的抗拉强度与受拉纵筋配筋率可以增大板的承载力,两者与板承载力均呈线性增长;当上下面板厚度相同时,构件刚度与承载力会大幅提升,板厚度与承载力呈线性增长;芯柱及肋宽对UHPC芯柱板承载力的影响有限;随着跨高比增大,板整体刚度与承载力会大幅降低,跨高比对受弯承载力影响较小。

配筋U H PC板抗弯承载能力及延性影响因素分析

从瑞士SIA2052规范规定的配筋UHPC板承载能力设计方法出发,讨论了配筋UHPC板抗弯承载能力极限状态下的承载能力及变形能力的计算方法,并以一12 cm厚配筋UHPC板为背景工程,分析了极限状态配筋UHPC板承载能力和延性的主要影响因素,分别研究了各因素变化对配筋UHPC板极限状态的影响,并将极限状态下承载能力与规范规定的设计值进行对比,结论表明考虑UHPC受拉退出工作的影响,配筋率过低的UHPC版极限状态承载能力低于瑞士SIA2052推荐的设计值,结构偏于不安全。

超高强度预制混凝土大板块幕墙的智能化建造研究

新时代,智能化建造与建筑工业化已成为未来建筑业的转型发展方向。文章以西湖大学项目UHPC幕墙施工为实施主体,利用BIM、物联网、大数据等智能技术,制订了以数字化正向设计、自动化工业生产、智能化工地施工为主体的超高强度预制混凝土(UHPC)大板块幕墙智能化建造实施方案,提升了幕墙施工管理的质量与效率,研究成果可为相关研究人员提供有效参考。

预制拼装UHPC组合混凝土柱轴压性能试验研究

为改善装配式建筑连接区域的力学性能,将具有优异力学性能的超高性能混凝土(UHPC)用作连接区域的永久模板,与核心混凝土形成UHPC组合混凝土构件.为研究该新型预制拼装UHPC组合混凝土柱的轴压性能,开展了短柱轴压试验,考察预制UHPC板中纤维含量和预制UHPC板厚度对轴压性能的影响,分析了组合柱和普通钢筋混凝土柱的轴压承载力、延性和耗能等轴压性能指标的差异.结果表明:相比普通钢筋混凝土柱,组合柱的轴压承载力提高了57%~94%,耗能提高了一倍多;预制UHPC外壳中钢纤维含量为3%组合柱的轴压性能,比纤维含量为2%组合柱的轴压承载力、延性和耗能分别提高了23%、56%和114%,即预制UHPC板中纤维含量从2%提高到3%,显著改善了轴压性能.在试验分析的基础上,参照现行《混凝土结构加固设计规范》提出了该新型预制拼装UHPC组合柱的轴压承载力实用计算表达式,给出了UHPC抗压强度折减系数的建议取值.