带肋钢筋与混凝土粘结性能的细观数值模拟

为研究带肋钢筋与混凝土之间的粘结破坏机理,揭示钢筋肋外形对粘结性能的影响,建立了钢筋混凝土的三维细观数值模型.该模型基于ANSYS参数化设计语言,在混凝土细观模型的基础上加入钢筋,通过界面单元细分和材料属性判别生成各细观相单元.分别建立了月牙肋钢筋和螺纹钢筋拉拔试件模型,模拟拉拔试验中粘结的破坏过程,分析了混凝土损伤破坏区域的分布和钢筋肋纹处的应力状态.结果表明,月牙肋钢筋与混凝土的粘结强度略低于螺纹钢筋,但破坏时其肋间混凝土的应力集中现象缓和,损伤程度较轻;数值模拟的粘结应力和钢筋滑移量与试验结果吻合,说明所建立的模型可用于模拟钢筋与混凝土的粘结性能.     

钢筋混凝土保护层厚度控制技术研究

混凝土保护层厚度对钢筋混凝土的耐久性、钢筋与混凝土的粘结锚固性能都有重要影响。保护层过薄,不但会导致钢筋提早生锈而加快锈蚀发展速度,而且会使钢筋周围的混凝土由于钢筋的粘结滑移所引起的裂缝很容易发展到构件表面,形成沿纵向钢筋的裂缝。同时,保护层过薄,还会使混凝土结构由于混凝土自收缩而造成沿钢筋方向的纵向裂缝或形成裂缝薄弱面,即混凝土虽未产生裂缝,但已经形成了混凝土抗拉薄弱区,以后会由于受外力而出现裂缝,从而进一步加快钢筋的锈蚀和由于粘结滑移造成的裂缝的形成。但保护层过厚,在硬化过程中,其收缩应力和温度应力得不到钢筋的控制,很容易产生裂缝,削弱混凝土保护层的作用,另外构件自重增加,有效截面减小,承载力也随之下降,同时构件裂缝宽度也将增加。因此,确定合理的保护层厚度是很必要的。     

玄武岩纤维（BFRP）筋与混凝土粘结性能试验研究

玄武岩纤维筋是一种新型的复合材料,具有强度高、耐腐蚀等特点,用它代替混凝土路面结构中的钢筋,可解决因雨水进入引起的连续配筋混凝土路面钢筋锈蚀问题。玄武岩纤维筋与混凝土的粘结性能,是影响其推广应用的关键技术之一。本文运用18个中心拉拔试件研究了不同螺纹表面玄武岩纤维筋与混凝土之间的粘结性能,试验结果表明：玄武岩纤维筋与混凝土试验粘结强度在11.592～23.578MPa之间,粘结强度随着玄武岩纤维筋表面螺纹深度与螺纹间距的变化而变化;有螺纹玄武岩纤维筋的粘结强度明显高于无螺纹玄武岩纤维筋,玄武岩纤维筋最佳螺纹间距约为筋直径长度的80%,最佳螺纹深度约为直径长度的10%;拉拔试件的破坏形态均为玄武岩纤维筋与混凝土接触面混凝土的剪切破坏而拔出。     

GFRP变形筋粘结性能试验研究

基于CSA标准,利用30个拉拔试件研究了8种不同表面形式的GFRP变形筋与混凝土之间的粘结性能,比较了不同表面形式GFRP变形筋的粘结强度,并确定了GFRP变形筋的最优表面形式.试验结果表明:(1)试件的破坏形式为肋的剪切破坏和肋的脱落,混凝土并没有发生破坏;(2)GFRP变形筋的粘结强度较高,粘结强度为7.01~12.25M Pa;(3)最佳肋间距不应超过直径的2.5倍,肋高度应不小于直径的3%.     

碳纤维格栅增强RC梁抗弯模型试验分析

以CFRP格栅网格为增强材料,通过变换CFRP格栅网格宽度、厚度及嵌入保护层厚度探究增强后RC梁(钢筋混凝土梁)的破坏模式、承载力与延性的变化,CFRP材料在增强RC梁中的作用机理.模型试验结果表明,增强后RC梁的破坏模式得到明显改善,损伤范围较为均匀,钢筋与混凝土各自发挥其材性优点且当格栅网格厚度增大此特性发挥更加明显,嵌入保护层厚度为15 mm,梁整体刚度退化有所缓和,格栅网格宽度降低重分配格栅网格应力状态,受拉应力区域扩大,发挥了其抗拉特性.     

新老混凝土粘结试件的受力数值模拟及分析

基于有限元数值模拟综合对比分析了劈拉极限状态下整体混凝土试块、传统的新老混凝土试块和采用钢筋机械连接的新老混凝土试块的粘结性能,结果表明:在相同条件下,采用钢筋机械连接新老混凝土粘结时,其劈拉强度比传统的不加连接件的新老混凝土粘结试块提高了约20%,而且采用钢筋机械连接件具有显著地抑制劈裂面的裂缝扩展,混凝土中不同位置的劈拉应力的增长与该处到钢筋轴心的距离基本呈线性关系.     

腐蚀作用下钢筋与混凝土粘结性能关联因子研究

通过分析试验数据,评价影响腐蚀作用下钢筋与混凝土之间极限粘结力的因素。研究结果表明,腐蚀作用下,各关联因子对钢筋与混凝土之间粘结力的影响大小依次为：保护层厚度、钢筋直径、钢筋等级、钢筋锈蚀率、混凝土强度。     

预应力混凝土桥梁耐久性探讨

分析了混凝土材料碳化腐蚀破坏、氯化侵蚀破坏、钢筋锈蚀破坏、预应力钢筋应力腐蚀等四种影响预应力混凝土桥梁耐久性的主要因素,并从合理选择保护层厚度、合理选用高性能桥梁材料、合理设计预应力混凝土桥梁三个方面,总结了提高预应力混凝土桥梁耐久性的方法。     

具有粗砂层的FRP板与混凝土粘结性能试验研究

纤维增强复合材料板与混凝土的有效粘结是保证FRP-混凝土组合结构正常工作的基础.采用FRP板-混凝土块搭接接头的单剪试验方法研究FRP板与混凝土的粘结性能,为增强粘结效果,对FRP板表面采取了粘结粗砂的措施,试验同时考虑粘砂长度对粘结性能的影响.试验结果表明:(1)粘结破坏为典型的脆性破坏;(2)平均粘结强度与粘砂长度近似成反比;(3)粘结粗砂法可作为FRP-混凝土组合结构中有效的组合界面连接措施.提出的抗剪设计方法可用于FRP-混凝土组合结构中组合界面抗剪设计.     

无粘结预应力筋的极限应力增量

总结了国内外关于无粘结预应力钢筋的极限应力的研究现状 ,针对我国行业标准《无粘结预应力混凝土结构技术规程》中 ,对无粘结预应力钢筋的极限应力设计取值的规定的不足 ,根据大量的试验数据 ,提出了适用于桥梁工程的无粘结预应力混凝土上部结构多种截面无粘结筋极限应力增量的实用简化计算方法 ,补充了《规程》的不足 ,拓宽了《规程》中公式的适用范围。     

粗集料UHPC收缩与力学性能

为降低超高性能混凝土(UHPC)收缩和开裂风险, 进行了5组不同粗集料掺量(质量分数分别为0、12.5%、22.5%、32.5%和42.5%)的UHPC的自收缩、基本材性(抗压强度、抗拉强度和弹性模量)、集料级配和圆环约束收缩等试验, 分析了粗集料掺量和集料级配对UHPC自收缩和基本材性的影响, 并采用提出的收缩开裂应力相对差值评价粗集料的掺入对UHPC收缩开裂的影响; 进行了有、无粗集料UHPC在圆环约束下的开裂性能试验与对比分析, 验证粗集料掺入对减小UHPC收缩开裂的有效性, 并给出UHPC中粗集料掺量和最大粒径限制的建议。研究结果表明: 随着粗集料掺量的增加, UHPC早期自收缩量降低, 最大降幅近20%;粗集料对UHPC的弹性模量、抗压强度和抗拉强度等的影响程度与其掺量和级配有关, 当粗集料掺量为22.5%时, 其级配曲线几乎全部处于富勒氏与泰勃特曲线范围内, 是5组材料中堆积最紧密的一组, 对UHPC弹性模量与抗压强度提高最为显著, 对抗拉强度的降低幅度影响最小; 当粗集料掺量为22.5%时, UHPC收缩开裂应力相对差值最大为1.31 MPa, 为试验中的最合理掺量, 可有效降低收缩开裂风险; 与未掺粗集料的UHPC相比, 圆环约束下掺有22.5%粗集料的UHPC的残余应力与拉应力水平分别降低15.8%和14.7%, 其抗裂性能得到提高; 建议对粗集料UHPC进行紧密堆积设计以获得尽可能优的材性, 对掺有长度为12~20 mm钢纤维的UHPC, 其集料的最大粒径可放宽至9.5 mm。      

钢-活性粉末混凝土组合梁的极限承载力

对于连续体系的钢-普通混凝土组合梁,处于负弯矩区的混凝土桥面板由于抗拉强度低,极易受拉开裂,导致组合梁的强度与耐久性下降.针对这一问题,提出了采用超高强度、高耐久性、高韧性且体积稳定性良好的活性粉末混凝土（RPC）材料代替普通组合梁中的混凝土桥面板,并根据RPC材料的本构关系及抗拉强度高的特点,确定以临界开裂状态作为这种新型钢,RPC组合梁的正截面破坏模式,推导了极限承载力计算公式,并对组合截面中RPC板与钢梁的高度比、宽度比、RPC板中的配筋率进行了参数影响分析.结果表明：钢-RPC组合梁与同条件的普通组合梁相比,在保证负弯矩区桥面板不开裂的情况下,极限承载力仍有所提高,并且结构的抗裂性、刚度和耐久性都可得到极大改善.     

沥青混凝土中粗集料影响实验研究

基于粗集料在沥青混凝土中形成持力骨架,直接影响混凝土的承载能力,实验研究了粗集料组成及粒径对混凝土抗压和蠕变性能影响．参考标准级配中粗集料质量百分比,设计了含不同组成和粒径的粗集料试样（细集料含量相同）,进行了不同温度下单轴压缩和蠕变实验,结果表明,沥青混凝土力学性能强烈依赖粗集料组成特性,并提出粗、细集料以2．36 m m为界限的划分依据．     

超高性能混凝土深梁受剪性能

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用, 进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验, 并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验; 分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载; 为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁, 应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明: 混凝土强度越大, 在相同荷载下深梁的刚度越大, 在深梁开裂前的弹性阶段, UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大; 与C40和C80混凝土深梁一样, UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝, 当荷载分别为13%~22%和18%~34%极限荷载时, 两类裂缝先后出现; UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存, 加载前期梁受力机制起主导作用, 后期则拱受力机制起主导作用; UHPC深梁裂缝多而密, 发生剪压破坏, 在支座上端反拱区不产生裂缝, 而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏, 且在支座上端反拱区产生裂缝; 试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大, 混凝土强度从C40增大到C80、C190时, 其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%;采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89, 均方差为0.15, 在没有更精确的计算方法之前, 该计算方法暂时可用。      

超高性能混凝土中钢纤维锈蚀的细观力学分析

为了研究钢纤维体积含量和锈蚀程度对结构强度和变形的影响,通过自行编写Python脚本文件,对ABAQUS软件进行二次开发,实现了钢纤维在超高性能混凝土（UHPC）基体中的大批量随机乱向均匀分布;在此基础上研究了UHPC带缺陷锈蚀模拟方法,进而探索了钢纤维锈蚀的等效方法;最后以UHPC梁四点抗弯试验为例,对UHPC细观力学分析方法、锈蚀的模拟方法和等效手段进行了验证. 研究结果表明:当纤维体积含量为2% 时,UHPC梁的抗弯曲性能最佳;影响锈蚀效应的关键因素为锈蚀造成纤维截面削弱、锈坑附近产生应力集中、界面粘结遭到破坏;采用随机材料属性分配的方式,仅局限于模拟UHPC梁的宏观变形,无法准确模拟应力场分布情况.      

粗集料最大公称粒径对道路水泥混凝土性能影响的试验研究

为了研究粗集料最大公称粒径对道路水泥混凝土性能的影响,选取19.0 mm、26.5 mm、31.5 mm 3种最大公称粒径的粗集料制作水泥混凝土试件,对混凝土的坍落度、抗压强度、抗弯拉强度、抗渗性能和干缩性能进行了试验研究,并根据试验结果对影响规律进行分析,提出了不同等级公路水泥混凝土粗集料最大公称粒径的建议范围。     

新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁受力性能

为综合解决传统钢-混凝土组合结构中混凝土桥面板自重偏大和负弯矩区易开裂的问题,引入超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）华夫板代替普通混凝土桥面板,提出一种新型组合梁—装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁. 以某典型3跨连续梁桥为研究对象,分别建立3跨连续梁整体和中支座区域梁段的有限元模型,研究了不同荷载工况下新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁的受力性能,分析了UHPC华夫型上翼缘关键设计参数对该新型组合梁力学性能的影响规律,对比研究了组合榫型剪力槽与栓钉型剪力槽对该新型组合梁受力性能的影响. 研究结果表明:在恒 + 活组合作用下,中支座负弯矩段华夫型上翼缘纵肋底缘和面板最大拉应力均小于配筋UHPC的抗拉强度设计值;当UHPC华夫型上翼缘纵、横肋宽90 mm、高200 mm,纵肋间距700 mm,横肋间距600 mm,面板厚60 mm时,UHPC华夫型上翼缘受力较为合理;组合榫型剪力槽更适用于新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁.      

自密实再生混凝土的基本力学性能试验研究

为了研究自密实再生混凝土的基本力学性能,通过立方体抗压强度试验、轴心抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验和弹性模量试验,观察了自密实再生混凝土的受压和受拉破坏过程和破坏形态,分析了再生粗骨料替代率对自密实再生混凝土基本力学性能的影响,探讨了普通混凝土和再生混凝土的各力学性能指标之间的换算关系对自密实再生混凝土的适用性. 结果表明:自密实再生混凝土受压和受拉的破坏形态与普通混凝土相似;当再生粗骨料替代率由0增加至100%时,自密实再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量分别降低了15.5%、12.7%、25.6%和11.5%,而自密实再生混凝土的峰值应变增大了19.8%;再生粗骨料替代率对自密实再生混凝土的泊松比无显著影响;普通混凝土和再生混凝土的各力学性能指标之间的换算关系不适用于自密实再生混凝土,提出的自密实再生混凝土的立方体抗压强度与其他力学性能指标之间的换算关系具有较高精度.      

基于层次分析法的超高性能混凝土生产质量评价体系

超高性能混凝土(UHPC)因具有超高的强度、耐久性及韧性而得到了较为广泛的应用。为确保超高性能混凝土质量,减少因生产过程导致超高性能混凝土质量不合格而令混凝土力学性质降低,本文通过层次分析法(AHP)分析了影响超高性能混凝土质量的13个因素,并计算各个因素的权重,进而构建了UHPC质量评价体系。研究表明,超高性能混凝土配合比设计C8和施工工艺中的搅拌C10、浇筑C12及养护C13是影响超高性能混凝土生产质量的主要因素。研究结论可为UHPC生产质量控制提供参考和借鉴。     

超高性能混凝土材料及其在桥梁工程中的应用

与普通混凝土相比,超高性能混凝土有着优异的力学性能和耐久性。虽然发展至今只有30多年历史,但在土木结构中已有广泛应用。本文以国内外研究成果为基础,总结了UHPC的类型、由来及其基本性能,并分析了其在桥梁工程各构件中的实际应用情况,最后展望了超高性能混凝土在桥梁工程中的应用前景和进一步的研究方向。