体外预应力节段式UHPC无腹筋梁抗剪性能试验研究

体外预应力节段式超高性能混凝土(UHPC)无腹筋桥梁由于其施工工业化水平高且构造简单,得到广泛地关注,但其抗剪性能研究尚不成熟,相关规范也相对滞后。为了研究体外预应力节段式UHPC无腹筋梁的抗剪性能,开展了静力破坏试验,共制作了5根体外预应力节段式UHPC无腹筋梁、2根体外预应力节段式UHPC有腹筋梁和1根体外预应力整体式UHPC无腹筋梁,选取了剪跨比、钢纤维掺量、箍筋间距为研究参数进行试验。结果表明:接缝张开后梁刚度明显下降;添加钢纤维的试验梁的裂缝多而密;钢纤维的掺入可以提高梁的开裂强度、极限强度和裂后性能,2%钢纤维掺量的梁开裂强度比1.5%和0%掺量的增大8.20%和1.16倍;配箍筋的梁在钢纤维失效后箍筋开始受力,并且很快达到屈服,箍筋的存在可以提高梁极限承载力,无腹筋梁的极限承载力比箍筋间距为150 mm和75 mm的梁低15.9%和19.6%。采用AASHTO GSCB INTERIM-2003标准中计算干接缝节段式梁的折减系数0.85。在不考虑安全系数的情况下,法国规范NF P 18-710中UHPC梁抗剪承载力计算公式可以准确地预测含钢纤维体外预应力节段式UHPC无腹筋梁的抗剪强度,其试验值和预测值比值的平均值为1.04,标准差为0.28。

预制UHPC永久模板钢筋混凝土组合梁抗剪性能有限元分析

为了研究预制超高性能混凝土永久模板钢筋混凝土组合梁抗剪性能,选取合适的U型UHPC预制单元本构关系,建立了钢筋混凝土梁的有限元永久模型,并与已有的试验数据进行比较,验证了模型的可靠性,并分析配箍率、剪跨比等参数对超高性能混凝土组合梁抗剪性能的影响。结果显示:超高性能混凝土预制单元可显著提高斜向开裂荷载和极限荷载;预制单元会限制箍筋的作用,所以配箍率对组合梁影响小;剪跨比对组合梁抗剪性能影响大,但是和配箍率一样都会影响其延性。

预制钢-UHPC组合梁中橡胶-短栓钉剪力件的抗剪性能试验研究

为了探究钢-UHPC组合梁中橡胶-短栓钉剪力件的抗剪性能,试验设计并制作了10个推出试件,研究橡胶套筒尺寸和加载制度对其抗剪性能的影响规律。试验结果表明:试件以栓钉剪断为主要破坏形式,并伴随栓钉附近局部混凝土压碎。橡胶套筒厚度对剪力件的抗剪承载力影响较小,橡胶套筒厚度为2mm的组合剪力件承载力为普通剪力件的94%。随着橡胶套筒厚度的增加,剪力件的抗剪刚度随之下降,最小为普通剪力件的87%;相对滑移则随着厚度增加而增加,最大为普通剪力件的142%。而随着橡胶套筒的高度增加,剪力件的抗剪承载力随之减少,橡胶套筒高度为50mm的组合剪力件承载力为普通剪力件的89%;随着橡胶套筒高度的增加,剪力件的抗剪刚度随之下降,最小为普通剪力件的75%;相对滑移则随着高度的增加而增加,最大为普通剪力件的137%。

基于UHPC壳的装配式混凝土梁柱连接抗震性能研究

为提高装配式混凝土框架梁柱连接的抗震性能、减小施工难度、便于震后修复,提出一种基于UHPC壳的装配式混凝土梁柱连接。为研究该连接的抗震性能和预制UHPC壳长度带来的影响,开展2个足尺预制试件的低周反复荷载试验,与现浇对比试件进行对比,详细考察试件破坏模式,分析滞回曲线、骨架曲线、强度和延性、强度退化和刚度退化规律、耗能能力、塑性铰长度等。研究表明,基于UHPC壳的装配式混凝土梁柱连接试件抗震性能良好;预制UHPC壳的设置,减缓了梁端下部混凝土的损伤,有利于震后修复,梁端上部叠合层混凝土破坏程度相对于现浇试件略为严重;较长的预制UHPC壳更加有利于降低预制试件的混凝土损伤,提高试件的极限变形能力和延性。论文为该类新型节点抗震性能研究提供了宝贵的试验数据。

预制NC拼装梁粗骨料UHPC湿接缝抗弯性能研究

为了解预制普通混凝土(NC)拼装梁粗骨料UHPC湿接缝的抗弯性能及界面处理形式对其影响程度,进行抗弯试验及有限元分析。设计、制作3组不同界面处理形式(人工凿毛、预贴5 mm厚凿毛带、不作凿毛处理)的粗骨料UHPC湿接缝梁、1组人工凿毛普通混凝土湿接缝梁及1组整体梁进行抗弯试验,结合有限元分析结果,对比其破坏模式、抗裂性能、抗弯刚度及承载力。结果表明:预贴5 mm厚凿毛带的粗骨料UHPC湿接缝试件抗裂性能接近于整体梁试件;采用3组不同界面处理形式的粗骨料UHPC湿接缝试件破坏模式、抗弯刚度及延性均接近整体梁试件,抗裂性能远高于普通混凝土湿接缝试件;提出的湿接缝梁承载力简易公式计算值与有限元计算值和试验值吻合良好。

超高性能混凝土装配整体式框架梁柱节点抗震性能研究

为避免预制构件灌浆套筒连接定位精度要求高、连接质量不易检测等问题,提高梁柱节点的抗震性能,通过5个钢筋搭接后浇UHPC(lap-splice with UHPC,LS-UHPC)装配整体式梁柱节点及1个RC现浇整体式梁柱节点的拟静力试验,研究了LS-UHPC装配整体式梁柱节点的破坏形态、滞回特性、骨架曲线和耗能能力。结果表明:柱纵筋直筋搭接15db,梁下部纵筋设置90°弯钩搭接11db均未出现拔出破坏;梁上部纵筋锚固长度为16.7db或13.6db,虽均小于GB 50010−2010中20db的要求,但由于UHPC较高的粘结强度未发生明显滑移,均表现出较好的延性。节点核心区采用UHPC,受剪承载力明显提高,即使未配箍筋,也可以取得优于普通混凝土现浇节点的性能;节点核心区箍筋和钢纤维掺量的增加,延缓了节点核心区主斜裂缝的形成,提高了节点核心区耐损伤能力,进而提高了梁柱节点的极限位移,延性系数和耗能能力,且适当配置箍筋对核心区耐损伤能力的提高效果更显著;GB 50010−2010低估了UHPC的抗剪贡献,而高估了箍筋的抗剪贡献,美国规范ACI 318-19高估了UHPC的抗剪贡献;利用UHPC的抗压强度和抗拉强度的关系,分别对GB 50010−2010和ACI 318-19进行修正,修正后的ACI 318-19的计算方法较为准确且保守。

预制UHPC-RAC组合梁受弯性能试验与理论计算

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)和再生混凝土(Recycled aggregate concrete,RAC),碳足迹低,属于“低碳混凝土”。将再生混凝土梁受拉侧或侧壁的部分RAC用UHPC替换,形成“绿色低碳”UHPC-RAC组合截面,以提高力学性能。采用工厂预制工艺,制作了预制UHPC-RAC组合梁。通过四分点抗弯性能试验,分析了受拉UHPC厚度、UHPC-RAC结合面粗糙度和侧壁UHPC高度,对预制UHPC-RAC组合梁破坏机制、承载力、变形和初始刚度的影响规律,提出了承载力计算公式。研究表明:与RAC梁相比,预制UHPC-RAC组合梁随受拉UHPC厚度的增加,形成的UHPC-RAC穿筋结合面,限制了开裂后UHPC剥离脱落;增加界面粗糙度,阻滞了水平裂缝的延展,初始刚度可提高16.6%;随受拉UHPC钢纤维拔出,荷载-位移曲线下降明显,待再生混凝土压溃后,仍有较高的残余强度。预制UHPCRAC组合梁的开裂荷载和极限荷载,分别增加63.1%和22.9%,截面抗弯刚度、初始刚度均得到明显改善。组合截面内钢筋、UHPC和RAC协同受力,应变沿截面高度线性变化,符合平截面假定;将截面应力等效分布后,推导了预制UHPC-RAC组合梁的受弯承载力计算公式,计算结果与试验值吻合较好。

装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝受力性能研究

为探究适用于装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土板湿接缝的连接性能,设计制备了3个足尺组合梁预制混凝土板湿接缝连接模型试件,采用试验和理论方法研究了预制混凝土板湿接缝连接构造和混凝土强度对连接件抗剪承载力的影响。研究结果表明:采用C50微膨胀混凝土作为后浇带的试件极限承载力是整体式桥面板试件的88%,采用超高性能混凝土(UHPC)作为后浇带的试件极限承载力是整体式桥面板试件的92%;采用UHPC材料可充分发挥其优异性能,显著减小后浇带的尺寸,且能有效保证预制混凝土板的整体性;基于试验结果提出考虑钢筋不均匀应力影响和后浇带影响的装配式钢-混凝土组合梁预制混凝土湿接缝承载力计算公式。

预制装配部分包覆高强型钢-超高性能混凝土组合梁受弯承载力试验研究

为了降低大跨度和重载结构的质量及工程造价,提出一种差异化使用超高性能混凝土(UHPC)和普通混凝土并结合使用高强型钢的钢-混凝土组合梁,即预制装配部分包覆高强型钢-超高性能混凝土组合梁(PPECB)。设计5根配置蜂窝型钢的预制装配部分包覆高强型钢-超高性能混凝土组合梁(PPECCB)和2根配置实腹型钢预制装配部分包覆高强型钢-超高性能混凝土组合梁(PPESCB),并进行受弯性能静力试验,对其破坏模式、应变发展和受弯承载力进行分析,研究高强型钢翼缘厚度、高强型钢腹板形式、箍筋形式、混凝土翼缘叠合板形式对其受弯承载力的影响。研究结果表明:PPECB破坏模式包括叠合面的黏结破坏和典型的弯曲破坏,发生弯曲破坏的组合梁表现出更良好的延性和整体工作性能;当高强型钢翼缘厚度从6 mm增加到10 mm和14 mm时,PPECB的受弯承载力分别提高23.6%和25.8%;相较于PPECCB,PPESCB的受弯承载力和刚度均有显著提高;配箍形式对PPESCB开裂荷载无明显影响,但采用C形箍筋的PPESCB,其屈服荷载和峰值荷载均高于闭合箍筋PPESCB的;带键槽叠合板PPECCB的受弯承载力优于钢筋桁架叠合板PPECCB的。提出了PPECB的受弯承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合良好。

超高性能混凝土连接的预制梁受弯性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)预制装配梁的受弯性能,设计了8根梁进行静力加载试验,包括6根不同搭接长度的UHPC装配梁、1根普通混凝土装配梁及1根现浇混凝土对比梁,以分析不同搭接长度对UHPC装配梁受弯性能的影响。研究表明:UHPC装配梁的破坏形态与现浇混凝土对比梁相似,裂缝均匀分布于普通混凝土预制段且随着搭接长度增加,裂缝间距减小;UHPC装配梁承载力实测值与计算值比值大于1.3,并且远大于普通混凝土装配梁;增加钢筋搭接长度对提高UHPC装配梁的开裂荷载影响不大,当搭接长度为10d(d为搭接钢筋直径)时,UHPC装配梁的受弯性能基本与现浇混凝土对比梁相当。