超高性能混凝土在桥梁工程中的应用

超高性能混凝土(UHPC)是一种新型高性能水泥基复合材料,具有超高的耐久性和力学性能。UH-PC在桥梁工程中的应用,可优化桥梁结构尺寸、增大跨径,在增加承载力、耐久性和寿命周期的同时保持较小的变形。但由于原材料质量和配比的差异及大型搅拌设备不成熟等因素,连续制备性能较好的UHPC难度较大,同时相关桥梁设计规范较不完善和实践指导设计的经验较少,另外严格的养护制度制约了桥梁施工方法的灵活选择,导致目前UHPC不能在桥梁中广泛应用。为了促进UHPC大规模应用,简要介绍加拿大和美国2座UHPC桥梁应用情况。随着UHPC制备技术的进步、设计理论的完善,其必将在桥梁中得到广泛应用。

层内混杂FRP加固混凝土柱抗震性能

为了研究将延性好的混杂纤维布(HFRP)用于结构抗震加固的可行性,通过7根钢筋混凝土方柱的低周反复推拉加载试验,研究了HFRP加固混凝土方柱的抗震性能,分析了HFRP加固方柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、刚度退化以及耗能能力,探讨了轴压比、HFRP粘贴层数以及配箍率对HFRP加固方柱抗震性能的影响.试验表明:粘贴HFRP能有效提高方柱的抗震性能;轴压比对HFRP加固方柱的影响较大,低轴压比更有利于HFRP对混凝土柱约束作用的发挥,轴压比越高,越不利于HFRP后期约束作用的发挥,柱延性越低;增加HFRP层数在低轴压比时方柱抗震性能提高明显,而在高轴压比时效果不大;配箍率的增大能提高方柱抗震性能,有利于方柱抗震.

高性能混凝土徐变规律的试验研究

利用人工气候环境室,在同一环境下,保持恒定温度和湿度,对不同外加剂、外掺料的高性能混凝土进行了徐变试验研究.测定出6种不同外加剂、外掺料对高性能混凝土徐变性能的影响.根据数据和理论分析,得到早强剂、减水剂、引气剂、粉煤灰以及矿渣对高性能混凝土徐变系数的影响规律,获得高性能混凝土徐变的发展规律;根据试验数据与按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)计算结果的对比分析,建议高性能混凝土的徐变系数可取该桥规计算值的80%;根据试验数据提出了计算高性能混凝土徐变系数的参考公式.

再生混凝土骨料应用于沥青路面的路用性能试验

为了将再生混凝土用于骨料沥青混合料,提出了再生混凝土骨料应用于沥青混合料时最佳沥青含量的估算方法,并运用马歇尔试验予以验证,试验结果与本文建议的理论估算值吻合较好.试验还研究了不同再生混凝土骨料掺量下的沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,分析了影响各项性能指标的因素和原因.结果表明:再生混凝土骨料沥青混合料的各项路用性能均满足国内规范要求.

预应力FRP加固混凝土结构技术研究与应用

介绍了笔者进行的预应力芳纶纤维布和碳纤维筋加固混凝土结构的一些主要研究成果,内容包括:预应力芳纶纤维布永久锚具的开发;预应力芳纶纤维布的应力松弛损失研究;预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的受弯、受剪性能研究;温度对芳纶纤维布配套粘结材料的力学性能影响研究;体外预应力碳纤维筋局部加固混凝土梁的力学性能研究;碳纤维筋预应力粗纤维混凝土梁的抗震性能研究;预应力纤维布加固混凝土结构的工程应用等。

FRP加固钢筋混凝土墩柱抗震性能研究综述

回顾并总结了纤维增强复合材料(FRP)片材和织物抗震加固钢筋混凝土(RC)结构的研究现状,介绍了FRP的加固方式,包括粘贴形式和锚固方法;对影响FRP抗震加固效果的原柱条件、加固参数和受力条件的试验研究现状进行了归纳,探讨了FRP加固墩柱的破坏模式及FRP加固结构的抗震性能理论研究进展。针对现有研究成果,提出了一些FRP加固结构抗震性能研究的建议和意见,为其后续研究提供了参考。

植筋钢筋混凝土锚固构件抗震性能试验研究

为了研究植筋钢筋混凝土锚固构件的抗震特性,对5个构件进行了低周反复加载试验,其中1个整体浇注构件,4个植筋构件,钢筋直径分别为20和25 mm的植筋构件在不同锚固深度(15D和20D)下各1个.试验研究了植入钢筋深度及钢筋直径变化对节点抗震性能的影响.结果表明:随着锚固深度的增加,植筋构件的极限承载能力、延性及耗能能力均有所提高;当钢筋直径增加后,为避免脆性破坏,应适当增加锚固深度.本试验模拟实际工程中植筋的工艺流程及环境,选用了常用植筋直径,试验结果将为混凝土结构植筋加固设计提供依据.

聚烯烃粗合成纤维混凝土抗弯韧性试验

为了解新型粗合成纤维对改善混凝土抗弯韧性的效果,试验研究了纤维掺量、基体强度、纤维直径等因素对混凝土抗弯韧性的影响规律。结果表明:单掺或混掺不同几何尺寸粗合成纤维后,试件具有很好的韧性,呈延性破坏;抗弯韧性指数随纤维掺量的增加而增大;基体强度提高时,抗弯韧性指数略有上升;纤维直径不同时,抗弯韧性指数变化不明显;3种合成纤维与钢纤维混掺后,其抗弯韧性指标大于单掺钢纤维或3种合成纤维混掺的试件;混掺粗合成纤维可有效改善梁裂后行为,即峰值荷载后仍保持较高荷载;而单掺钢纤维梁在峰值荷载后,荷载下降较快;新的抗弯韧性评价方法能够准确地反映粗合成纤维混凝土裂后阻裂能力高、变形大的特点。

混杂FRP加固腐蚀混凝土柱抗震性能试验

为了研究外贴混杂纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,简称FRP)加固腐蚀混凝土柱的抗震特性,对10根柱进行了低周反复加载试验,其中4根柱为对比柱,3根柱直接采用混杂FRP加固,其余3根柱在腐蚀后采用混杂FRP加固.试验研究了轴压比、配箍率对腐蚀柱抗震性能的影响.结果表明:钢筋腐蚀在一定程度上使混凝土柱的破坏呈明显的脆性;混杂FRP可以有效地改善腐蚀柱的抗震性能,延性和耗能能力提高显著,但承载力提高有限;当腐蚀率为5.1%时,混杂FRP加固腐蚀柱的位移延性系数、累积耗能与腐蚀未加固柱相比,最大可分别提高123%和12.5倍.

CFRP加固锈蚀钢筋混凝土的抗腐蚀性能和黏结性能

碳纤维复合材料(CFRP)具有不透水和不透气的性质,是一种阻锈材料;同时具有高强度和优异的耐腐蚀能力,可用于加固维护处于腐蚀环境的钢筋混凝土结构.本文试验研究了CFRP加固锈蚀钢筋混凝土试件再次受到腐蚀作用时的抗腐蚀能力和黏结性能,并与传统的防腐维护材料(硅烷和聚合砂浆)进行了对比.试验研究表明:CFRP不仅能阻止混凝土中钢筋的进一步锈蚀,并且能提高锈蚀钢筋与混凝土之间的黏结强度.

碳纤维布加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

正确评估FRP(Fiber Reinforced Polymer)加固对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响是确定FRP加固效果的重要问题之一.本文采用外加电流加速腐蚀法对96个预埋钢筋的试件进行腐蚀,腐蚀完成后横向包裹2层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究了碳纤维布加固、钢筋种类、保护层厚度及腐蚀率对腐蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响规律,探讨了拉拔破坏机理.研究表明:(1)碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏;(2)钢筋种类、保护层厚度是影响钢筋峰值粘结强度的主要因素,螺纹钢筋试件的峰值粘结强度约为光圆钢筋的2倍;(3)当实际腐蚀率小于5%时,碳纤维布约束对提高钢筋峰值粘结强度作用较小,腐蚀试件峰值粘结强度与未腐蚀试件峰值粘结强度之比(简称比峰值粘结强度)提高约5%—7%,但碳纤维布约束使拉拔全曲线下降段变得平缓,粘结应力维持在较高的水平;(4)当实际腐蚀率大于5%时,腐蚀试件的峰值粘结强度随着腐蚀率增大逐步降低.

IHFRP约束混凝土圆柱轴压性能

为了研究层内混杂纤维布(IHFRP)对混凝土圆柱体的加固效果,通过24个混凝土圆柱体的轴心抗压性能试验,分析了各种IHFRP约束混凝土柱的破坏形式、承载力、变形性能和应力应变全曲线.试验结果表明:IHFRP可显著改善柱的承载力及变形性能;对于相同层数纤维布约束试件,随着IHFRP中碳纤维含量的增加,承载力增长显著;相对于单一碳纤维布(CFRP)约束试件的峰值竖向应变,3种IHFRP约束试件峰值竖向应变提高了60%～100%;将IHFRP应力应变模型与试验曲线进行对比,拟合效果良好.试验结果为桥梁墩柱和框架柱等构件的加固设计提供了参考.

基于静-动力转换分析方法的火灾引起钢结构连续倒塌性能研究

为研究火灾引起多高层钢结构连续性倒塌的破坏机理以及多高层钢结构在火灾作用下的初始破坏规律，基于ABAQUS预定义场和重启动功能，建立了局部火灾引起多高层钢结构连续倒塌分析的静-动力转换分析方法，运用此分析方法模拟了局部火灾作用下钢结构的破坏过程，重点研究了柱破坏引起多高层钢结构倒塌的初始破坏机理，分析了受火柱约束刚度比和荷载水平对火灾作用下钢结构初始破坏以及对整体结构产生动力效应的影响规律。研究结果表明：静-动力转换分析方法具有可行性；初始破坏的动力放大系数在1．2～1．5之间。

预应力芳纶纤维布加固腐蚀混凝土梁疲劳性能

对带永久锚具的预应力芳纶纤维(AFRP)布加固锈蚀钢筋混凝土梁的疲劳性能进行了试验与研究.通过疲劳试验,探讨了预应力水平和钢筋锈蚀程度(中度6%、重度12%)对加固梁疲劳破坏机制、疲劳寿命、挠度和应变发展等疲劳特性的影响.试验结果表明:预应力AFRP布与非预应力AFRP布加固梁的疲劳破坏机制相同,都为钢筋的疲劳断裂;预应力AFRP布加固锈蚀钢筋混凝土梁的抗疲劳特性明显优于非预应力AFRP布加固梁,且AFRP布预应力水平越高,加固梁的疲劳寿命越高;锈蚀率越高,梁的疲劳寿命越低,重度锈蚀梁的疲劳性能的降低幅度比中度锈蚀梁更明显;钢筋锈蚀率的增加会导致钢筋的等效疲劳切口系数增大,从而导致锈蚀梁疲劳寿命的显著降低.

饱和多孔介质近场波动分析的一种黏弹性人工边界

采用有限模型数值方法求解能量开放系统中的波动问题时,虚拟人工边界的处理方式对计算结果的准确性和精度具有重要的影响.本文针对无限域饱和多孔介质中波传播问题的人工边界处理方式进行了研究,提出了饱和多孔介质近场波动分析的一种黏弹性人工边界处理方法.在考虑多孔介质中固相和液相的相互作用的情况下,通过在人工边界处分别施加反映固相和液相介质波传播效应的弹簧及阻尼来模拟饱和多孔介质中波的能量辐射效应影响.算例表明,本文建议的黏弹性人工边界具有较好的模拟效果.

层内混杂纤维布加固混凝土梁和柱的试验研究

通过对7根层内混杂纤维布(Intraply Hybrid Fiber Reinforced Polymer,IHFRP)加固混凝土梁的抗弯试验和21个加固混凝土柱的轴压试验,得到了纤维布加固梁柱构件的破坏形态、加固梁的载荷—挠度曲线和加固柱的应力-应变全曲线,探讨了不同混杂比例的IHFRP对钢筋混凝土梁和柱的承载力、刚度及延性的影响.试验证明:IHFRP加固梁具有显著的塑性变形能力和能量吸收能力,可有效提高梁的承载力、刚度及延性;IHFRP显著改善了柱的延性性能;建立了IHFRP约束混凝土柱强度模型,用于预测约束混凝土的强度值.

不同方法加固足尺寸RC梁的抗弯性能

对4种常用加固方法加固的矩形截面钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了对比试验研究.通过10根混凝土梁的抗弯加固试验,研究碳纤维布(carbon fiber sheet,CFS)、非预应力与预应力钢绞线和黏钢加固RC梁的受弯破坏特征,探讨4种加固方法对梁开裂荷载、屈服荷载、极限承载力和延性的影响,比较各种加固梁的裂缝扩展、挠度和刚度变化.研究表明:1)相比未加固梁,CFS、非预应力与预应力钢绞线和黏钢加固梁的开裂荷载分别提高了27.8%、59.7%、94.4%和73.6%;屈服荷载分别提高了12.4%、26.1%、36.2%和37.6%;极限承载力分别提高了48.0%、71.1%、74.6%和75.6%;极限挠度分别减小了23.6%、21.0%、31.1%和19.6%.2)正常使用状态下,预应力钢绞线加固效果优于非预应力钢绞线.3)钢绞线对提高梁二次刚度作用明显,而钢板作用较小.

碳纤维布约束下钢纤维混凝土与腐蚀钢筋黏结性能的试验研究

为研究碳纤维布加固对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的效用,采用外加电流法对96个预埋钢筋-钢纤维混凝土试件进行加速腐蚀,腐蚀完成后横向包裹两层单向碳纤维布;通过拉拔试验研究纤维布约束对腐蚀钢筋与钢纤维混凝土黏结性能的影响规律,并与普通混凝土试验结果进行对比分析,探讨钢筋种类、保护层厚度、腐蚀率、纤维布约束及钢纤维等对黏结性能的影响规律。研究表明:①碳纤维布约束使螺纹钢筋试件破坏模式由钢纤维混凝土劈裂破坏转变为钢筋拔出破坏,且碳纤维布约束使钢纤维混凝土试件的极限黏结强度提高,黏结-滑移曲线的下降段变缓;②钢筋种类、保护层厚度显著影响钢纤维混凝土试件的峰值黏结强度,螺纹钢筋试件的峰值黏结强度约为光圆钢筋试件的2.0～2.7倍,保护层厚度由40mm增大到60mm时,试件峰值黏结强度提高;③当腐蚀率小于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度随着腐蚀率增大有所提高;当腐蚀率大于5%时,腐蚀钢筋与钢纤维混凝土峰值黏结强度降低;④在相同约束条件下,钢纤维混凝土峰值黏结强度比普通混凝土提高22.5%～61.5%,在峰值拉拔荷载下对应的滑移量较大,且光圆钢筋钢纤维混凝土试件黏结-滑移曲线的下降段比普通混凝土更为平缓。

FRP约束混凝土应力-应变曲线模型研究

总结了国内外关于FRP(Fiber Reinforced Polymer)约束混凝土应力-应变关系的最新研究成果,探讨了各应力-应变曲线模型的优缺点,并进行了模型验证.在试验研究和对已有研究成果对比分析的基础上,建立了新的FRP约束混凝土圆柱体的应力-应变曲线模型,该模型使用轴向、横向和体积应变来衡量约束混凝土的内部损伤,以体现FRP变约束力对被约束混凝土内部损伤的影响,从而使模型简化且具有明确的物理含义.通过与试验曲线比较表明,本文建立的理论模型与试验曲线吻合良好.

高强钢筋与活性粉末混凝土黏结性能的试验研究

通过54个立方体中心拉拔、6个立方体偏心拉拔、6个棱柱体中心拉拔、6个板式中心拉拔共计72个拉拔试件,研究高强钢筋与活性粉末混凝土(RPC)的黏结性能,包括极限拉拔荷载、极限黏结应力、自由端初始滑移荷载、峰值荷载对应的自由端滑移量与荷载-滑移全曲线等。探讨钢筋埋长、保护层厚度、钢筋直径、活性粉末混凝土强度变化、钢纤维掺率等因素对黏结性能的影响规律。研究表明:①钢筋埋长增加,极限拉拔荷载与自由端初始滑移荷载增加,极限黏结应力与峰值荷载对应滑移量减小;埋长从3d增加到4d,荷载过峰值后下降变快,然后荷载又逐渐上升;埋长增加到5d、6d时,钢筋被拔断。②保护层厚度增加,极限拉拔荷载、极限黏结应力、自由端初始滑移荷载、峰值荷载对应滑移量均增加,曲线下降段变缓。③RPC强度增加,极限黏结应力与初始滑移荷载增加,荷载过峰值后下降变快,在最高强度H3型RPC试件中,荷载下降后又上升,钢筋拔出过程变快。④钢筋直径、钢纤维掺率增加,曲线下降段变缓。⑤高强钢筋与RPC黏结性能良好。在试验的基础上确定试验测定黏结强度的合理埋长,建立计算临界锚固长度的公式,拟合极限黏结应力与保护层厚度、相对埋长之间的关系式。