混凝土漂浮结构的设计简介及其可持续性提升建议

气候变化与城镇化进程使得各国土地资源日渐紧缺,漂浮结构为向海图强和城镇绿色发展提供了新思路。整理了混凝土漂浮结构在城镇民用建筑、可再生能源设施与交通设施领域的应用现状,阐明漂浮结构具有拓展用地空间、缩短施工时间、减少建设成本并降低环境影响的综合效益。同时,总结了漂浮结构传统设计模式下的技术要点:运动与受力分析;安全性校验;模块化设计。在总体评估的基础上提出了从结构再利用、材料再循环和组合混凝土衍生漂浮结构设计三个层面提升漂浮结构的可持续性,建议推广再生混凝土、海水海砂混凝土与组合混凝土衍生结构在漂浮结构中的应用。

海水海砂再生混凝土受压动力本构模型

考虑贝壳含量、龄期等因素,对不同加载应变率下的海水海砂再生混凝土(SSRAC)试件开展了单轴受压应力-应变曲线试验.结果表明:600 d时,与普通混凝土(NAC)相比,SSRAC峰值应力和峰值应变分别提高了10.4%、23.2%,弹性模量降低了29.1%;当掺入贝壳颗粒后,SSRAC应变率敏感性增加;结合试验以及文献数据,基于GB50010模型,考虑不同应变率下特征参数的动态增大系数,提出了适用于中低应变率(10^(-5)~10^(-1) s^(-1))下SSRAC受压动力本构模型,并对其曲线特征进行了机理解释.

海水海砂再生混凝土的基本力学性能

利用海水、原状海砂及再生粗骨料,制备了设计预期强度为C20~C50的海水海砂再生混凝土。通过240个标准立方体(150mm×150mm×150mm)和96个棱柱体(150mm×150mm×300mm)试件,完成了工作性能、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度以及弹性模量试验,研究了海水海砂再生混凝土的基本力学性能;最后基于试验数据,得到了海水海砂再生混凝土立方体抗压强度与轴心抗压强度关系公式以及弹性模量与轴心抗压强度关系公式。结果表明:海水海砂再生混凝土工作性能良好,C40和C50强度等级的坍落度比一般再生混凝土分别提高5%和33%;立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度随着龄期变长而增加,且长期强度趋于稳定;与普通混凝土相比,海水海砂再生混凝土7d立方体抗压强度提高13%~52%,28d抗压强度降低约5%,90d抗压强度降低约15%,180d抗压强度降低18%~29%;海水海砂再生混凝土28d弹性模量比普通混凝土略有降低,降低幅度在14%以内;再生粗骨料对混凝土力学性能、工作性能的影响大于海水海砂。

海水海砂再生混凝土与玻璃纤维增强塑料筋黏结性能

采用标准立方体中心拔出试验,测试了不同组分及不同强度混凝土与玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋之间的黏结滑移性能.结果表明:再生粗骨料的使用降低了混凝土与GFRP筋之间的黏结强度,海水、海砂的使用对混凝土的黏结强度基本没有影响;不同组分混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线相似,无明显差别;与普通混凝土相似,海水海砂再生混凝土与GFRP筋的黏结强度随着混凝土的立方体抗压强度增加而增加.采用4种不同适用于GFRP筋的黏结滑移本构模型对试验数据进行了拟合,结果表明:4种模型均能较好地拟合本次试验曲线,其中,Malvar模型拟合程度最高.

海水侵蚀环境下再生混凝土抗压强度变化规律

采用人造海水对再生混凝土试件进行加速腐蚀试验,研究再生混凝土抗压强度随腐蚀时间的变化规律。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加、再生粗骨料取代率的降低,再生混凝土抗海水侵蚀的性能增强;再生混凝土56d抗压强度与胶水比之间呈较好的线性关系;随着腐蚀时间的延长,再生混凝土抗压强度与胶水比之间呈线性关系的相关性逐渐变弱。

海水海砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线

为探究海水海砂再生混凝土(SSRAC)力学性能,设计了不同配合比下海水海砂再生混凝土棱柱体试件,并进行了单轴受压应力‒应变全曲线测试。在试验加载应变率10^(-5)s^(-1)和10^(-2)s^(-1)下,得到了试件的破坏模式,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律以及应变率、再生粗骨料(RCA)取代率和贝壳含量对上述指标的影响规律,讨论了海水海砂再生混凝土的动态增长因子(DIF)。基于电子计算机断层扫描(CT)测试得到了海水海砂再生混凝土内部的孔隙分布,对应力‒应变曲线的特征指标变化趋势进行了解释。最后,在现有再生混凝土单轴受压本构模型的基础上,考虑特征指标的动态增长因子,通过修正下降段形状系数得到了预测应力‒应变全曲线。

ECC外壳约束海水海砂再生骨料混凝土柱受压性能

针对海水海砂再生骨料混凝土(SSRAC)在柱构件中的应用问题,本研究采用组合设计的方法,提出工程水泥基复合材料(ECC)外壳约束SSRAC柱的形式,对其施行轴心/偏心受压试验.结果显示,ECC外壳可对SSRAC形成良好的约束作用,构件破坏时表现为受压区及受拉区的裂缝宽度增大,材料未压溃.轴心受压时,ECC外壳约束SSRAC柱的峰值荷载相比整浇SSRAC试件提高15%,但其轴向刚度降低;偏心受压时,ECC外壳约束SSRAC柱的变形能力得到提高,在大偏心条件下,极限位移与峰值位移比值较SSRAC柱提高了111%.最后,考虑箍筋、ECC外壳约束提升作用及其与荷载偏心率的关系,分别提出在轴心/偏心受压作用下柱构件承载能力的计算公式.