卷破波冲击新型桩板桥梁结构水动力特性试验研究

依托福建省滨海国道涉海浅滩段新型桩板桥梁结构工程,通过波浪水槽开展卷破波冲击桩板桥梁结构水动力特性试验,研究了三个阶段卷破波冲击作用下波浪爬高和桩板桥梁结构所受波浪力水动力特征,并与规则波冲击作用试验结果进行对比,分析了入射波高、波浪周期、水深对波浪爬高和波浪力的影响规律。结果表明:三个阶段卷破波冲击新型桩板桥梁结构的水动力特性显著不同,破碎前阶段和破碎中阶段卷破波会出现明显的波浪爬高现象,破碎前阶段卷破波爬高后的波面高程可达规则波的1.99倍;破碎前阶段的水平波浪力最强,是同阶段竖向波浪力幅值的4.48倍,可达规则波水平波浪力的3.08倍。波浪特征参数和水深对三个阶段卷破波冲击水动力特性影响显著,入射波高和水深的增加会使破碎中阶段卷破波的波面高程和竖向波浪力超过其他阶段;波浪周期的增加会使破碎后阶段卷破波冲击前波面高程和破碎前阶段的竖向波浪力超过破碎中阶段卷破波。

干湿循环作用下高韧性水泥基复合材料抗氯离子腐蚀寿命预测

为了预测干湿循环下高韧性水泥基复合材料(ECC)的使用寿命,首先,基于氯盐溶液传输边界条件、氯离子扩散侵蚀边界条件等建立以饱和度和时间为变量的氯离子侵蚀模型;然后,考虑腐蚀龄期、温度、物理吸附、化学结合以及饱和度等因素对混凝土的影响,并对氯离子扩散系数进行修正;最后,结合试验数据模拟氯离子侵蚀过程。试验结果表明,随着干湿循环次数的增加,ECC表层氯离子浓度和氯离子侵蚀深度随之增加;随着腐蚀龄期的增加,钢筋发生锈蚀的范围越来越大。当混凝土保护层厚度为50 mm时,内部钢筋不发生锈蚀的临界年限为7 a。

高延性水泥基复合材料粉煤灰掺量优化试验

为了使工程用水泥基复合材料(ECC)更好地应用于实际工程中,进行了ECC粉煤灰掺量优化研究。通过立方体抗压试验、四点弯曲正交试验分析了水胶比、砂胶比、粉煤灰取代率和矿粉取代率对ECC抗压性能和抗弯性能的影响,最终通过抗压强度和弯曲韧性指数综合性能设计了以优化粉煤灰为基础的较优的配合比。结果表明,粉煤灰掺量对材料抗压强度影响较小,对材料抗弯韧性指数影响较大;ECC在受弯载荷作用下不同组别的应变硬化能力差异显著,组别5和组别7裂缝数量较多,分别为25条和27条,其弯曲韧性指数也较高,分别为9.46和10.00;结合抗压强度、延性和耗能能力等因素确定ECC最佳配合比为水胶比0.30,胶砂比0.36,水泥∶粉煤灰∶矿粉=0.30∶0.55∶0.15,纤维体积率为2%,减水剂掺量为胶凝材料质量的0.2%。

预制UHPC-NC板组合湿接缝抗弯性能试验研究

针对沿海浪溅区UHPC-NC组合板桥梁湿接缝薄弱问题,设计并制作了两块不同构造的组合接缝板(菱形企口接缝JF-L与倒T形接缝JF-T),开展了受弯性能试验并进行界面应力分析,得到组合板湿接缝从开裂到破坏的全过程力学响应,并根据本文试验和文献统计数据,推导了UHPC-UHPC接缝界面开裂荷载计算公式.结果表明:两块接缝板均发生弯剪破坏,由于接缝界面存在加密钢筋,剪跨段存在纵筋配筋率变化截面,钢筋在该变化截面拉断;两块组合接缝板开裂荷载和极限破坏荷载基本相同,抗裂性能由接缝界面性能控制,不同构造对湿接缝的抗弯性能影响不大;JF-L与JF-T试件的名义开裂应力分别为4.71 MPa和4.74 MPa,满足沿海浪溅区桥梁正常使用要求;JF-L试件裂缝数量更多,但裂缝发展速度较慢,JF-T试件UHPC-NC界面未开裂,具有更高的延性和抗裂性能.提出UHPC湿接缝开裂荷载计算公式并与本文和相关文献试验结果进行对比,验证其适用性.实际工程中,推荐采用更方便预制和施工的菱形企口湿接缝构造形式.

带湿接缝的预制UHPC⁃NC组合板试验与分析

为研究新型装配式超高性能混凝土-普通混凝土(Ultra-high Performance Concrete-Normal Concrete,UHPC-NC)组合湿接缝板受力性能,设计制作了1块UHPC-NC组合湿接缝板模型,开展四点弯曲性能试验,并通过ABAQUS软件进行精细化建模分析。结果表明:组合湿接缝板主裂缝位于弯剪段预制板部位,发生弯剪破坏,湿接缝部位未产生较大破坏,结构抗弯性能良好;通过有限元模拟及参数分析计算,组合湿接缝板的底层UHPC板厚改变对组合板整体抗弯性能影响不大,增大UHPC层配筋率后组合板的屈服荷载和极限荷载有所提升,提升幅度分别为8.3%-31.5%、12.5%-49.1%,高配筋率(3.91%-5.11%)下提升幅度分别达到43.6%-46.5%、111.8%-153.6%。为避免发生界面破坏,湿接缝UHPC层配筋率建议取值不低于2%;综合考虑接缝性能与施工便捷,建议采用企口形湿接缝构造。

卷破波冲击下透空式面板受力特性数值模拟

卷破波是近海环境中常见的破碎波浪,对近海结构物具有较大的破坏性。基于CFD软件FLOW-3D建立二维波浪水槽,对比5种形态的卷破波冲击下透空式面板的受力特性和波浪爬高情况,并讨论了面板相对净空高度、相对水深和迎浪面倾角的影响。研究表明:5个形态的卷破波中,P2形态卷破波的水平波浪力最大,P3形态卷破波的爬高最显著,P1至P3形态卷破波的竖向波浪力趋于相等;面板相对净空高度、相对水深和迎浪面倾角对卷破波冲击作用力和爬高有较大影响,相对净空高度的增大能有效削减卷破波冲击力和爬高,而相对水深的增加将导致透空式面板受到的卷破波水平、竖向波浪力和波浪爬高增大;随着迎浪面倾角从0°增大到60°,波浪爬高逐渐减小,卷破波作用力先增大后减小,P1形态卷破波的水平、竖向波浪力的变化幅度最大,P4形态卷破波的竖向波浪力减小幅度最大,P3形态卷破波的爬高减小最显著。

海水环境下镍铁渣粉水泥土的抗渗性能

为研究镍铁渣粉对水泥土渗透性能的影响,采用加压型渗透装置对镍铁渣粉水泥土在清水环境和海水环境下进行渗透试验,并用压汞试验和扫描电镜-能谱分析试验对镍铁渣粉水泥土进行微观分析.结果表明:清水环境和海水环境下镍铁渣粉的掺入均能提升水泥土的抗渗性能,而海水环境下尤为明显;镍铁渣粉掺量超过20%后,镍铁渣粉掺量增加对水泥土抗渗性能的影响逐渐变小;镍铁渣粉能发挥微集料效应和活性效应,减小水泥土的最可几孔径和总孔隙率,增强其抗海水侵蚀性能;镍铁渣粉能使水泥土的微细观结构更加致密,同时能促进水泥土生成具有低钙硅比的水化产物,增强其抗渗性能.