干湿循环下节理砂岩细观能量演化规律研究

为探究干湿循环作用下的节理砂岩的细观损伤劣化规律,采用颗粒流软件开展了节理砂岩细观数值模拟,研究了不同干湿循环下节理砂岩的细观力学特性和能量演化机制。研究表明:随着干湿循环次数的增大,颗粒间的接触力和平行黏结力最大值呈线性递减规律;干湿循环下节理砂岩裂纹演化主要经历缓慢增加、均匀增加、阶梯增加及突变增加4个阶段,且裂纹数目(总裂纹、拉伸裂纹及剪切裂纹)与干湿循环次数呈正相关;细观边界能、平行黏结应变能及线性黏结应变能随干湿循环次数的增加呈逐渐减小趋势,节理砂岩中耗散能与微裂纹数大致呈正相关;干湿循环作用导致颗粒间抗断裂能力弱化,使岩样能量储存能力降低,这是造成节理砂岩干湿损伤劣化的能量机制。

UHPC湿接缝浇筑的质量控制技术研究

污水处理厂生物反应池预制拼装施工复杂,超高性能混凝土(UHPC)湿接缝连接部位施工不当可能产生裂缝。结合工程实例,针对现场施工空间受限、湿接缝浇筑长度超过25 m等难点,采用UHPC搅拌泵送智能化一体机、分段连续浇筑、分阶段多重养护等措施,确保了UHPC湿接缝浇筑施工的顺利进行,有效解决了超长湿接缝开裂风险,提升了湿接缝浇筑质量。

新型湿接缝钢筋连接构造的力学性能研究

为了弥补叠合梁桥面板湿接缝普通钢筋连接构造搭接长度大、绑扎或焊接难度高等缺陷,提出了L形钢筋连接构造。采用有限元软件ANSYS,对采用直钢筋、环形钢筋、弧形钢筋和L形钢筋连接构造的叠合梁桥面板湿接缝受力性能开展了数值模拟,对比研究了不同钢筋连接构造条件下湿接缝的受力特征、承载能力和施工工艺。研究结果表明:在湿接缝截面尺寸相同、配筋率相同的条件下,4种钢筋连接构造对应的湿接缝开裂前,非搭接区的混凝土及钢筋应力均高于搭接区,开裂时湿接缝混凝土的开裂位置均位于非搭接区,且开裂荷载与钢筋混凝土轴心受拉构件的开裂荷载理论值较为接近;L形钢筋连接构造的开裂荷载与直钢筋、弧形钢筋连接构造基本一致,但比环形钢筋低4%;4类普通钢筋混凝土湿接缝达到受拉承载力极限状态时均对应于非搭接区纵向钢筋的受拉屈服,湿接缝的受拉极限承载力只与非搭接区普通钢筋的面积和强度的乘积有关,即湿接缝的受拉极限承载力等于非搭接区纵向钢筋屈服时承受的拉力。L形钢筋连接构造在洛溪大桥拓宽工程中的成功应用表明,该连接构造开裂荷载及承载力均与其他钢筋连接构造的湿接缝相当,且具有施工工艺简单,施工便利的优点,值得在类似工程中推广应用。

带UHPC接缝的桥面板力学性能试验研究

为掌握带UHPC接缝的桥面板受弯状态下的力学特点,进一步探究UHPC接缝的合理宽度及在接缝宽度相同情况下,不同接缝截面形式、钢筋搭接形式对带UHPC接缝的桥面板抗弯性能影响,设计制作了一块现浇整体板和3块不同湿接缝构造的UHPC预制桥面板,并分别进行四点弯曲试验评估接缝处抗弯性能,对荷载-跨中位移曲线、荷载-主裂缝宽度曲线、混凝土荷载-拉应变曲线、混凝土荷载-压应变曲线、荷载-受拉钢筋应变曲线、极限抗弯承载能力、裂缝发展状况展开相关研究。结果表明:由于UHPC优异的力学性能,4组试验板的荷载-跨中挠度曲线基本相近,带UHPC接缝的桥面板极限承载力优于整体板;接缝宽度、钢筋连接方式相同的情况下,漏斗形或楔形接缝截面形式不会影响预制桥面板的极限承载力,彼此刚度差异不大;在保证桥面板整体性和承载力的前提下,预制桥面板UHPC湿接缝可减小为15 cm宽;UHPC接缝连接的整体性良好,不会影响现浇接缝区段及连接界面的抗拉性能,带UHPC接缝的预制拼装桥面板的初始裂缝和主裂缝均位于普通混凝土区域,UHPC的高弹性模量使得接缝区域局部刚度提高,相较于接缝周围混凝土区域,接缝处的受压区混凝土压应变与受拉区钢筋的拉应变都较小,接缝区域未出现裂缝,UHPC湿接缝与混凝土预制板界面处的裂缝扩展速度缓慢。

带波形钢板的UHPC免模板湿接缝抗弯模型试验研究

针对预制装配式桥梁中桥面板湿接缝处的受力特点和现有接缝构造形式,提出一种以预埋波形钢板为底模的超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)免模板湿接缝构造形式,解决接缝现场支模问题。为研究新型接缝的力学性能,设计了5片试验梁,以钢纤维含量为试验参数,开展四点弯曲全过程抗弯性能试验。结果表明:各试验梁主裂缝均位于预制段,发生弯曲破坏,接缝段未产生较大破坏;提高钢纤维含量可以增强UHPC-NC(Normal Concrete)界面黏结,提升接缝的抗裂性能,但对结构的抗弯承载力影响较小;钢纤维含量为1.0%的免模板接缝梁抗裂性能仅次于UHPC整体梁,同时具有结构简单、施工简化、造价经济等优点,说明该接缝构造形式运用于实际工程中是可行和可靠的;UHPC钢纤维含量建议取1.0%。

矿物掺合料复掺对超高性能湿接缝混凝土性能的影响

采用石灰石粉和粉煤灰微珠作为调节超高性能湿接缝混凝土性能的矿物掺合料,通过设置石灰石粉和粉煤灰微珠的不同复掺比例,研究了两种矿物掺合料对超高性能湿接缝混凝土流变性能、力学性能、收缩性能和抗渗性能的影响,并采用水化热分析了超高性能湿接缝混凝土的水化特性。结果表明:当石灰石粉掺量高于30%(质量分数)时,随着石灰石粉掺量的增加,超高性能湿接缝混凝土的塑性黏度先增大后减小,复掺50%石灰石粉和50%(质量分数)粉煤灰微珠时,混凝土塑性黏度可降低38.0%;掺入石灰石粉可以促进水泥的早期水化,提高超高性能湿接缝混凝土的早期抗压强度,3 d抗压强度最大涨幅为11.6%;复掺石灰石粉和粉煤灰微珠可以降低超高性能湿接缝混凝土的自收缩;当复掺30%石灰石粉时,超高性能湿接缝混凝土的抗渗性能最优,28 d氯离子扩散系数为0.15×10^(-12)m^(2)/s。

热湿循环作用下节理砂岩重复剪切力学特性及本构模型

乌东德、白鹤滩等大型水库处于金沙江典型干热河谷内,其岸坡消落带岩土体除经受库水位每年大幅升降以及汛期小幅频繁变化的影响外,还包括干热河谷高温低湿气候条件以及区域高频地震和水库地震的影响。为研究干热河谷地区消落带节理岩体的损伤劣化特性,在前期水-岩作用的研究基础上,以乌东德库区典型岸坡节理砂岩为研究对象,开展了热湿循环作用下节理砂岩重复剪切试验,分析了节理岩体的剪切力学特性劣化规律和劣化机理,并分段建立了考虑热湿循环作用损伤的节理砂岩剪切本构模型。研究表明:(1)在热湿循环以及重复剪切作用下,节理砂岩的抗剪强度、剪切刚度、剪切重点剪胀值和屈服点剪切位移均呈现“快-缓-稳”的劣化趋势,其中在前3个循环周期内劣化幅度显著,劣化占比近70%,3~8个循环周期内劣化速率放缓,8个循环周期后劣化速率趋稳;(2)相比于干湿循环,热湿循环对岩石孔隙度和纵波波速的影响更大,且岩石颗粒间的连接作用在较高温度的影响下更易遭受破坏;(3)根据剪切应力-剪切位移曲线特征,建立了以Goodman模型和Clough-Duncan双曲线模型分段修正描述的本构模型,模型曲线与试验结果能够较好吻合。研究成果及方法可为干热河谷水库岩质岸坡消落带稳定分析提供参考。

钢筋布置形式对T梁湿接缝抗弯性能影响研究

为探究不同钢筋布置形式湿接缝的抗弯性能,建立了在湿接缝处采用环形钢筋不搭接布置(CRNL)、环形钢筋搭接布置(CRL)、直筋搭接布置(LRL)的预制拼装试件和整体现浇(CIP)试件的有限元模型,并依据有限元模拟结果,分析了不同钢筋布置形式对T梁湿接缝抗弯性能的影响。结果表明:1)各试件的损伤破坏过程相似,但由于湿接缝的存在,预制拼装试件的损伤区域集中在湿接缝与预制段接缝面处;2)CRNL试件、CRL试件和LRL试件的荷载-挠度曲线变化规律一致,因三者湿接缝处的配筋率高于CIP试件,故三者的开裂荷载、钢筋屈服荷载和极限荷载均高于CIP试件;3)理论计算结果与有限元模拟结果相差不大,表明该有限元模型可有效模拟不同钢筋布置形式的T梁湿接缝抗弯性能。

Q420qENH钢及其焊接接头在模拟含PM_(2.5)的工业大气介质中干湿循环腐蚀行为研究

目的 研究桥梁耐候钢板材及其焊接接头在模拟含PM_(2.5)的西北工业大气环境中腐蚀行为的区别。方法 采用NaHSO_(3)+SiO_(2)的腐蚀介质进行干湿交替加速腐蚀实验,并采用腐蚀动力学、X射线衍射、扫描电镜+能谱、电化学测试等方法,分析了Q420qENH钢板材、焊缝及热影响区试样的腐蚀趋势、腐蚀类型及锈层的保护性,以及SiO_(2)对腐蚀的影响。结果 Q420qENH板材试样初期腐蚀速率大于焊接试样,中后期2种试样腐蚀速率逐渐下降并趋于一致。3种试样腐蚀类型均为不均匀的全面腐蚀,外锈层均疏松易脱落,但焊缝、热影响区内锈层比板材致密且与钢基体结合紧密,锈层中Cu、Ni元素含量明显高于板材试样。3种试样腐蚀30d的自腐蚀电流密度由大到小的顺序为板材>焊缝>热影响区,自腐蚀电位由大到小的顺序为热影响区>焊缝>板材,焊缝及热影响区试样的锈层电阻分别为板材试样的1.28倍、1.68倍。结论 PM_(2.5)中的主要成分SiO_(2)易在缺陷处沉积,成为腐蚀产物的形核基底,促进了腐蚀产物的非均匀形核,不利于锈层的致密性。热影响区和焊缝形成锈层的保护性、耐蚀性能优于板材试样。

预制拼装桥梁UHPC横向连接技术研究

以广东省湛江市湛江环城高速南三岛大桥工程为依托,设计并开展了5组基于不同钢筋搭接形式和搭接长度的普通混凝土预制小箱梁横向湿接缝纯弯试验,给出了适用于该项目的超高性能混凝土(UHPC)横向湿接缝构造方案。试验结果表明:钢筋搭接长度和搭接形式对桥面板开裂荷载影响小;搭接长度不小于6倍钢筋直径时,可为直径16 mm的U形钢筋在UHPC横向湿接缝中提供足够的锚固能力,此时湿接缝内纵向钢筋屈服后应变得到充分发展,试件破坏模式为纯弯段普通混凝土压碎的延性破坏,试件强度和延性满足实际工程需求;而湿接缝内横向钢筋的应变小于350με,其布设对提高试件承载力的作用有限。此外,基于UHPC的横向湿接缝大幅缩短了钢筋搭接长度和湿接缝宽度,有助于提升桥梁的受力性能和耐久性。

预制桥梁构件UHPC湿接缝抗弯性能影响因素研究进展

随着预制桥梁构件快速发展,超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)作为一种超高力学性能与优异耐久性能的新型水泥基材料,在连接预制桥梁构件的湿接缝中得到广泛应用。为深化预制桥梁构件UHPC湿接缝抗弯性能影响因素的认识,着重介绍预制桥梁构件界面处理方法与UHPC湿接缝构造两类影响因素,为后续UHPC湿接缝设计、研究与应用提供参考。分析结果表明:高压水枪凿毛对预制桥梁构件UHPC湿接缝界面处理效果良好,可有效改善预制桥梁构件的抗弯性能;界面剂可通过改善界面机械咬合力与化学亲和力提升预制桥梁构件抗弯性能,但不同界面剂对其改善效果不尽相同;常用的UHPC接缝构造包括剪切口袋型、菱形、梳齿型与“V”型,均可对弯矩作用下预制桥梁构件的抗裂性能、整体结构性能以及耐久性能产生有利影响。

预制结构拼接用超高性能混凝土配制及工程应用研究

为制备预制结构拼接用超高性能混凝土(UHPC),探讨了矿渣粉比表面积、骨胶比及机制砂替代率对UHPC工作性能和力学性能的影响。结果表明:矿渣粉比表面积越大,制备的UHPC浆体黏度越高,但同时水化反应程度越大,强度发展越快,比表面积800 m~2/kg的矿渣粉制备UHPC的3、28 d抗压强度分别为96、143 MPa;随骨胶比的增大,工作性能及力学性能均降低;机制砂替代石英砂后浆体结构中界面过渡区比例多,强度进一步下降,单轴拉伸曲线出现应变软化。骨胶比0.9、机制砂替代率为50%制备的UHPC扩展度720 mm,28 d抗压强度128 MPa,极限拉伸强度9.3 MPa,极限拉伸应变0.21%,单轴拉伸呈现应变硬化现象,其综合性能优异,适用于预制箱梁湿接缝加固工程。

配筋形式对小箱梁“T”形UHPC湿接缝连接强度影响的有限元分析

本文以4 m×20 m预制小箱梁桥负弯矩区横向湿接缝为背景,应用UHPC材料替代传统高强微膨胀混凝土作为湿接缝材料,并做了“T”形构造设计.应用ABAQUS进行有限元建模,采用内聚力模型处理UHPC湿接缝与普通混凝土箱梁交界面,结果表明,在墩顶“T”形接缝翼缘的UHPC-NC交界面为危险截面;改变搭接钢筋直径和预埋筋与搭接钢筋的搭接长度对极限荷载影响较大,而对开裂荷载影响较小;改变预埋钢筋与搭接钢筋的搭接长度能有效影响UHPC-NC的连接强度,而改变搭接钢筋直径对UHPC-NC的连接强度影响较小.

节段预制拼装箱梁桥抗剪性能试验研究

湿接缝纵向拼装的方法在节段预制拼装桥梁中得到广泛应用,但是湿接缝结合面抗剪受力性能研究较为缺乏。以某高速公路20 m装配式预应力混凝土简支箱梁桥为背景,设计了节段预制拼装箱梁桥的抗剪性能足尺模型试验,对桥梁湿接缝节段的抗剪性能进行了研究,建立了试件的有限元计算模型。研究结果表明,现浇接缝和相邻节段预制箱梁的挠度在试验初期变形基本一致;当荷载超过600 kN时,挠度差明显增大;当试验荷载达到1 100 kN时,湿接缝与箱梁混凝土的结合面失去传递荷载的能力,试验模型发生破坏;采用节段预制拼装的箱梁桥,其破坏模式是先结合面开裂后湿接缝混凝土开裂破坏;施加并提高纵向预应力,可以提高拼接箱梁桥结合面开裂后的承载能力。

不同界面剂对湿接缝混凝土黏结性能影响

为研究界面剂对湿接缝黏结性能的影响,首先通过力学性能试验,确定硅灰水泥净浆界面剂中硅灰的最佳掺量,再通过劈裂抗拉强度试验、三点弯曲试验和抗剪强度试验,探究普通水泥净浆、硅灰最佳掺量下的水泥净浆、环氧树脂作为界面剂时,对湿接缝黏结性能的影响效果。结果表明:硅灰最佳掺量为8%时水泥净浆力学性能最优,从抗拉角度和抗剪角度进行分析,不同界面剂对湿接缝黏结性能的影响,由大到小排序均为:环氧树脂界面剂>掺8%硅灰水泥净浆界面剂>普通水泥净浆界面剂>无界面剂。可见,普通水泥净浆界面剂对湿接缝黏结性能提升较小,而环氧树脂界面剂和掺8%硅灰水泥净浆界面剂对湿接缝黏结性能提升效果较为明显。

预制装配式盖梁施工轻型化工艺对比及工程应用研究

为解决超重、大体积盖梁施工过程中场地条件、运输和吊装条件受限的问题,逐渐形成了以整体预制盖梁、节段干接盖梁、节段湿接盖梁以及干湿接组合式盖梁为体系的城市高架桥梁盖梁轻型化结构体系。简要介绍了国内外相关预制盖梁施工的研究成果,总结了干湿接盖梁设计施工工艺。通过在S3公路新建工程项目上盖梁轻型化的实践应用,从适用盖梁长度、预制速度及便捷性、运输难度、吊装难度及施工周期等多方面分析了各自的优缺点,不同类型预制盖梁施工工艺的成功应用,拓展和丰富了市政桥梁工程的预制装配体系。

基于智能化建造的T梁横隔体系研究

为解决传统预制T梁在桥梁智能化建造中面临的横隔板数量过多、模板安拆困难及智慧化程度低等问题,该文围绕横隔板道数优化和装配式横隔板的应用两个方面展开研究。通过对不同横隔板配置方案的分析,以及对装配式横隔板与预制横隔板在桥梁横向刚度贡献上的对比,深入探究了横隔板对桥梁性能的影响。研究结果表明:T梁少横隔板体系在智能化建造中是可行的,但无横隔板体系对桥面板的性能提出了更高要求;装配式横隔板相较于预制横隔板,在桥梁横向刚度上的贡献较低,采用装配式横隔板会增大桥面板的受力;横隔板的安装位置对桥梁横向刚度具有显著影响。

多跨连续预制肋拱桥线形控制技术

结合白石矶大桥扩建工程,研究了多跨连续肋拱桥线形控制技术。设计了拱肋的支架并建立有限元模型,模拟了支架的结构应力与变形。拱肋支架的支撑使用了新研发的加固型钢管桩系统,减少了支架的沉降。各分段预制拱肋采用了新研发的湿接头系统进行现浇连接,保证了各分段拱肋连接顺滑,控制整体拱桥线形。最后,拱桥应用了预应力系杆并研发了一种预应力桥梁结构挠度控制和加固装置,改善了拱桥的受力结构,保证了整体桥梁线形。

丁苯乳液对碳化环境中UHPC湿接缝耐蚀性能的增强作用

装配式湿接缝界面是结构薄弱位置,为增强地下服役的湿接缝界面性能,文中通过制备的超高性能混凝土(UHPC)灌注浆料,研究丁苯乳液对UHPC工作性能、抗压强度的影响,设计湿接缝结构并研究不同丁苯乳液掺量下UHPC湿接缝结构的力学、抗碳化性能和微观结构。结果表明,随着丁苯乳液掺量的增加,UHPC流动度、抗压强度均有所降低。UHPC湿接缝结构抗压强度主要依赖于UHPC基体,而丁苯乳液的掺入改善了界面黏结强度,4%丁苯乳液提升湿接缝结构弯曲性能最为有效。在碳化作用下,丁苯乳液减小了UHPC和界面碳化深度,降低了钢筋腐蚀电位,有利于增强湿接缝界面耐蚀性能。结合微观结构分析可知,4%丁苯乳液可细化UHPC孔结构,乳液形成聚合物薄膜也可能是界面性能增强的原因之一。

UHPC湿接缝浇筑在排水工程中的施工应用控制

预制拼装技术是水务结构施工工艺的重要发展趋势,接缝处理是当前预制拼装技术的关键技术难点。超高性能混凝土(UHPC)具有强度高、韧性大、耐久性好等技术优势,成为解决预制拼装结构接缝连接的有效途径。考虑到该技术在水务工程领域应用相对较少,根据实际工程开展了相关的研究。首先,针对UHPC湿接缝在排水结构的适用性问题、临时支撑的快速周转、高温与低温施工等难点进行了分析研究,通过全尺寸UHPC浇筑工艺试验,对施工参数进行了探索,并提出了高温与低温条件下浇筑策略。研究保证了UHPC湿接缝浇筑施工的顺利进行,有效提高了预制拼装施工效率,提升了湿接缝浇筑质量。