高海拔强盐沼泽区桥梁桩基损伤现场模拟试验

为了探明高海拔强盐沼泽区公路桥梁桩基受干湿循环和冻融循环的损伤状况, 采用现场模拟试验, 研究了桩身位置、混凝土配合比、混凝土掺合料与外防护措施等对桥梁桩基力学性能的影响, 采用SEM分析、EDS分析和化学成分分析等手段探究了桩基损伤的微观机理。研究结果表明: 桩基混凝土抗侵蚀能力及其内部钢筋锈蚀受桩身位置影响, 对于基准混凝土试件, 龄期为360 d时, 水中、地表、地下0.25与1.25 m的桩基混凝土抗侵蚀系数依次为0.80、0.63、0.75和0.76, 对应位置钢筋面积锈蚀率依次为76%、91%、66%和65%;桩基混凝土抗侵蚀能力受混凝土配合比与掺合料的影响, 整体上掺入矿渣的混凝土抗侵蚀能力最强, 龄期为360 d时, 当砂子、水、碎石、减水剂、水泥、阻锈剂和膨胀剂的含量一致时, 掺入87.25 kg·m-3粉煤灰、21.8 kg·m-3硅灰、87.25 kg·m-3矿渣的混凝土试件的平均抗侵蚀系数分别为0.79、0.89、0.91;钢护筒在短期内能保护桩基混凝土不受到外界侵蚀, 在长期侵蚀下保护期限一般为2~3年; 从90 d龄期到360 d龄期, 桩基混凝土中C元素的质量分数从0增长到9.61%, 生成了越来越多的CaCO₃分子, 再加上钙矾石等晶体的膨胀, 使得桩基混凝土膨胀开裂。      

氯盐环境下预损伤UHPC-HPC组合梁抗弯性能

为了提高普通钢筋混凝土梁的耐久性,设计了一种超高性能混凝土(UHPC)-高性能混凝土(HPC)组合梁新型结构,开展了锈蚀后UHPC-HPC组合梁的抗弯性能试验,研究了氯盐侵蚀后组合梁抗弯承载力降低的机理,分析了腐蚀程度、截面形式与预损伤对其抗弯性能的影响;引入钢筋屈服强度折减系数、截面积折减系数与混凝土预损伤系数,提出了锈蚀后UHPC-HPC组合梁抗弯承载力计算方法,并验证了计算方法的可行性。分析结果表明：锈蚀后梁体抗弯承载力降低主要原因为钢筋抗拉强度下降,梁体刚度退化与韧性减弱,钢纤维阻裂效果削弱;锈蚀后UHPC-HPC组合梁的破坏表现为跨中附近出现1条主裂缝或加载点附近出现2条主裂缝;UHPC-HPC组合梁的受力过程分为线弹性、裂缝发展和屈服3个阶段,梁体截面混凝土应变基本符合平截面假定;侵蚀时间越长,组合梁的开裂荷载和承载力降低越大,通电快速侵蚀10 d时,降幅分别达16.2%和10.9%;锈蚀后T形梁比矩形梁开裂早,前者的开裂荷载比后者降低8.1%,后期刚度下降较快;预损伤显著影响梁的整体刚度,预加载后梁的整体刚度降低,混凝土损伤后的预损伤系数为0.984;锈蚀率越大,钢筋的屈...     

冻融与锈蚀作用对钢筋混凝土黏结性能的影响

通过室内试验,研究了冻融循环与锈蚀作用对钢筋混凝土试件界面黏结性能的影响.结果表明:冻融作用使混凝土表面砂浆脱落、骨料露出,力学性能下降;锈蚀率较低时,钢筋混凝土的黏结性能反而增强,但锈蚀率较大时,其黏结性能较未锈蚀试件有所降低,严重的锈蚀会降低钢筋混凝土的黏结性能;锈蚀与冻融共同作用导致混凝土强度降低,塑性增强,钢筋与混凝土之间的黏结性能明显下降,随着冻融次数的增加,钢筋混凝土的极限抗拉荷载逐渐降低;在锈蚀与冻融共同作用下,钢筋混凝土试件受拉的初始阶段,拉力与位移的关系呈分段线性关系,当拉力达到极限荷载后,拉力-位移曲线出现明显塑性变形特性.     

机场道面混凝土冻融破坏评价指标

为了研究中国北方寒冷地区机场道面混凝土冻融破坏的评价指标,制作了3种不同抗冻性能的混凝土试件,采用快速冻融试验机对混凝土试件进行了冻融破坏试验,并用动弹仪DT-10W测试了试件的动弹性模量,分析了不同冻融循环次数作用下试件相对动弹性模量、压折强度、质量损失及表面剥落的变化规律,给出了机场道面混凝土冻融破坏的临界值。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件的压折强度均有不同程度的下降,其中抗折强度的损失较大,且试件表面剥落面积及深度增大,质量损失对试件表面平整度的影响严重。根据试件在冻融过程中相对动弹性模量与抗折强度损失、表面剥落与质量损失的规律,建议以300次快速冻融循环后混凝土试件相对动弹性模量不小于75%(抗折强度损失率不大于46%)和质量损失率小于1.0%(中等剥落)作为机场道面混凝土冻融破坏的评价指标。     

基于承载能力劣化的简支T梁桥寿命预测研究

为了更准确地预测混凝土简支T梁桥的剩余使用寿命,基于混凝土碳化、钢筋锈蚀模型,考虑了混凝土强度的经时变化、钢筋的时变锈蚀量、钢筋和混凝土的协同工作能力降低系数,研究了混凝土简支T梁桥的承载能力劣化规律,并根据某实际桥例建立有限元模型以承载力极限为准则分析该T梁桥剩余使用寿命与承载能力劣化的关系。研究表明:混凝土被碳化是钢筋发生锈蚀的前提,钢筋开始锈蚀的时间为混凝土保护层减掉碳化残量后的完全碳化时间;混凝土保护层开裂前钢筋锈蚀速度缓慢,混凝土强度衰减是承载力下降的主导因素,保护层开裂后钢筋锈蚀速度较快,加速了结构承载力的下降;当锈蚀量超过0.3mm后,钢筋锈蚀对承载力的影响逐渐减小;当结构承载力随着材料劣化而下降到承载力极限时,标志着结构使用寿命的终结。     

高性能混凝土在氯盐侵蚀和冻融循环作用下的耐久性分析

为研究海洋环境下高性能混凝土桥梁的耐久性，基于混凝土室内快速冻融试验，对高性能混凝土进行氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的耐久性试验，分析混凝土在不同水胶比、粉煤灰掺量和含气量时的质量损失率和相对动弹性模量；并根据试验分析结果建立氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的高性能混凝土质量预测衰减模型.结果表明：水胶比对高性能混凝土的抗盐冻性能影响显著，混凝土抗盐冻性能随着水胶比增大而降低，建议水胶比不宜大于0.45；粉煤灰的加入会降低混凝土的抗盐冻性能，掺量较高时其抗盐冻性能难以达到满足要求，粉煤灰掺量不宜高于30%；随着含气量增加，混凝土抗盐冻性能呈现先提升后降低的变化规律，建议有考虑抗盐冻要求的混凝土其含气量在4.5%～5.5%内选取.     

配合比设计参数对高性能混凝土抗冻性敏感特性的影响

为考察不同配合比设计参数对高性能混凝土抗冻性敏感特性的影响规律和显著性关系,利用正交试验方法,选取水胶比、粉煤灰掺量和砂率作为考察因素,计算300次冻融循环后混凝土试件的抗折强度损失率和质量损失率,并进行极差和方差分析。研究结果表明:水胶比对高性能混凝土抗冻性有显著的影响,而粉煤灰掺量和砂率均无显著影响;冻融循环试验后的质量损失率不能准确地描述混凝土的抗冻性,而抗折强度对冻融循环试验比较敏感,建议采用抗折强度损失率作为高性能混凝土抗冻性的评价指标。     

冻融循环作用下聚丙烯纤维混凝土的力学性能

通过4组不同配合比聚丙烯纤维混凝土的快速冻融循环试验,测得了不同冻融循环次数后混凝土的抗压强度、纵波波速与动弹性模量,研究了冻融循环作用下不同配合比聚丙烯纤维混凝土的力学性能与损伤量特征,分析了材料性质、材料配合比与冻融循环次数对力学性能的影响。分析结果表明:冻融循环200次后,未掺加引气剂的C30聚丙烯纤维混凝土、掺加引气剂的C30聚丙烯纤维混凝土、未掺加引气剂的C40聚丙烯纤维混凝土、掺加引气剂的C40聚丙烯纤维混凝土的抗压强度损失率分别为46.53%、49.05%、34.56%、37.64%;冻融循环300次后,4组聚丙烯纤维混凝土纵波波速分别降低了8.42%、6.48%、16.72%、11.68%,动弹性模量分别降低了46.54%、35.72%、54.41%、53.72%;冻融循环150次后,C30和C40聚丙烯纤维混凝土损伤量迅速增长,且C40聚丙烯纤维混凝土损伤量高于C30聚丙烯纤维混凝土;在相同的冻融次数下,未掺加引气剂的C40聚丙烯纤维混凝土的损伤量最大;抗冻性能的改善效果从大到小依次为掺加引气剂C30聚丙烯纤维混凝土、未掺加引气剂C30聚丙烯纤维混凝土、掺加引气剂C40聚丙烯纤维混凝土、未掺加引气剂C40聚丙烯纤维混凝土。     

焊钉锈蚀后钢-混组合梁抗弯承载力简化计算方法

为预测界面焊钉锈蚀后钢-混组合梁抗弯承载力, 考虑了焊钉锈蚀后其抗剪强度与混凝土黏结强度和有效面积降低对焊钉抗剪承载力的劣化影响, 提出焊钉锈蚀后组合梁抗剪连接度和锈蚀焊钉抗剪承载力系数的概念及其计算公式; 基于塑性简化计算假定, 采用焊钉锈蚀后组合梁抗剪连接度对其抗弯承载力进行折减, 建立了焊钉锈蚀后组合梁正负弯矩区抗弯承载力计算模型, 分析了23根组合梁抗弯承载力试验结果, 验证了计算模型的有效性。试验结果表明: 在焊钉锈蚀率低于10%时, 试验梁正负弯矩区抗弯承载力的试验值与提出公式的理论计算值非常接近, 其中正弯矩区试验值与计算值的平均比值为1.00, 变异系数为0.04, 负弯矩区二者平均比值为1.01, 变异系数为0, 由此可见, 计算结果与试验结果吻合较好。简化计算方法可用作界面焊钉锈蚀率较小情况下钢-混组合梁抗弯承载力定量和定性分析。      

模拟酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能研究综述

为深化对酸雨侵蚀环境下钢筋混凝土结构长期性能演变机制的认识,论述了酸雨侵蚀作用下混凝土材料腐蚀机理、侵蚀模型和物理力学性能时变过程;分析了酸雨锈蚀钢筋的溶液腐蚀机理和大气动态冲刷机制,总结了锈蚀钢筋形貌表征与锈蚀率指标定量化研究成果,归纳了已有锈蚀钢筋力学性能退化模型和本构模型,概述了钢混界面黏结性能演变规律和黏结-滑移本构关系模型;梳理了梁、柱构件及结构静、动力学性能演变规律的室内试验结果、理论计算方法和数值仿真结果的最新研究进展与不足,并展望了未来的研究方向与重点。研究结果表明:酸雨腐蚀混凝土可归因于酸雨离子成分的交互作用,亟需适用性较强的理论模型以揭示腐蚀和扩散机制;室内加速试验揭示了酸雨侵蚀作用下混凝土物理力学性能时变规律,应完善室内加速试验制度,搭建耦合宏细观层次关键指标的混凝土损伤评价体系和预估模型;酸雨加速锈蚀钢筋试验多基于均匀锈蚀,钢筋腐蚀方法和形貌表征逐渐向不均匀锈蚀发展,应进一步发展高精度扫描技术,借助统计分析理论建立钢筋不均匀锈蚀特征参数,优化钢筋力学性能退化模型;通电锈蚀试验和拉拔试验演绎了钢混界面黏结性能演化规律,并建立了黏结-滑移本构关系,但忽略了实际钢筋混凝土结构的受力特点,且锈蚀过程显著区别于自然锈蚀,应考虑酸雨环境与材料特性复杂多变的特点,研究细微观钢混界面损伤行为,揭示酸雨环境、材料特性与黏结性能的内在关系;酸雨侵蚀钢筋混凝土结构时效性能研究多集中在试件层次,且采用腐蚀试验与承载力试验分阶段进行,忽略了荷载-环境的耦合作用,试验所设环境较为单一,试验制度与方法亦未统一,应对标实际工程,考虑实际结构承载和环境工况,搭建长期荷载-酸雨侵蚀耦合作用试验系统,探索荷载-环境-材料多场关联机制,完善理论计算方法与数值仿真手段,揭示结构长期性能演变过程,并推动现场暴露试验发展,量化室内-现场映射关系,指导工程实际。      

钢管复合桩承载特性模型试验研究

为研究钢管复合桩的承载性能,进行了剪力环、泥皮和防腐涂层共同作用下的钢管复合桩和钢筋混凝土桩室内模型试验,对比分析了试件的荷载-变形曲线、钢管变形等参数,并采用分解分析法对钢管复合桩的套箍效应进行了分析.试验及计算结果表明,钢管复合桩承载性能较钢筋混凝土桩显著提高,套箍效应使得钢管复合桩承载力较空钢管和钢筋混凝土桩承载之和提高9.8%,混凝土抗剪强度提高了1.2倍;钢管对核心混凝土产生的紧箍作用沿界面长度增大,且随荷载的增加而增大;在防腐涂层、泥皮和剪力环(间距90 cm)共同作用下,钢管套箍效应带来的混凝土紧箍力最大值可达2.32 MPa;规范ACI (2005)适合于泥皮、防腐涂层和剪力环共同作用时钢管复合桩极限承载力的计算.      

埋入式H型钢桩-桥台节点受弯性能与承载力

为研究整体式桥台无缝桥中埋入式H型钢桩-桥台节点的受弯性能，通过建立节点的有限元模型，分析了桥台厚度、混凝土强度、钢桩朝向、埋深比、钢材强度和轴压比6个参数对节点受弯承载力和破坏模式的影响，并在此基础上，针对不同的破坏模式提出了节点受弯模型与承载力计算公式。研究结果表明:绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比小于2.0时发生桥台混凝土承压破坏，增大钢桩埋深比和混凝土强度等级可有效提高节点受弯承载力；绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比大于2.0时，或绕钢桩弱轴弯曲的节点在埋深比大于1.0时，发生钢桩屈服破坏，提高钢桩的钢材强度等级可提高节点受弯承载力；随着轴压比的增大，发生绕钢桩强轴屈服破坏的节点的受弯承载力明显降低，但轴压比对发生桥台混凝土承压破坏或冲切破坏的节点的受弯承载力的影响可以忽略；提出的节点受弯承载力计算方法能较为准确地预测不同破坏模式的埋入式H型钢桩-混凝土桥台节点的受弯承载力，计算值与有限元结果比值的均值和计算值与试验结果比值的均值为分别为0.981和0.941，因此，可用于该类型节点的受弯承载力计算和破坏模式分析；建议钢桩埋深不少于2.0倍桩宽与混凝土桥台厚度大于2.4倍桩宽，这样可有效避免桥台混凝土的承压破坏和桥台边缘混凝土的冲切破坏。      

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer under cyclic loading

Bond behavior of corroded reinforcement in concrete wrapped with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) under cyclic loading is experimentally investigated. An electrolyte corrosion technique is used to accelerate the corrosion of the steel bar in cylindrical concrete specimens. Wrapped specimens are strengthened with one layer of CFRP after the reinforcements are corroded. The experimental parameters investigated include: corrosion level, CFRP wrapped and number of loading cycles. Test results indicate that bond strength and area of hysteretic curve of CFRP wrapped specimens are larger than those of the unwrapped specimens. With increasing the number of loading cycles, the bond strength and area of hysteretic curve decrease gradually, especially at the 1st cyclic loading. The CFRP wrapping reduces the bond degradation rate effectively and prevents the bond-splitting failure of the corroded concrete specimens.     

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

UHPC局部受压承载力计算方法

为合理地计算UHPC构件的局部受压承载力，建立了有、无间接钢筋UHPC的局部受压试验数据库，以此为基础分析和评估了NF P 18-710、CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018中的局部受压承载力计算公式；基于UHPC局部受压试验数据库提出了考虑混凝土强度和钢纤维影响的UHPC局部承压修正系数和间接钢筋影响系数，进而修正了JTG 3362—2018的局部受压承载力计算公式。研究结果表明:无间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与NF P 18-710、CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018计算值之比的均值分别为0.97、0.81、1.33和1.09，有间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018计算值之比的均值分别为0.91、1.31和1.13；各规范公式的混凝土局部受压承载力公式未充分反映混凝土抗压强度和钢纤维的影响，间接钢筋的局部受压承载力计算公式未充分反映约束面积比、混凝土抗压强度和钢纤维的影响；NF P 18-710可较好地预测无间接钢筋UHPC的局部受压承载力，CECS 38:2004计算所得UHPC的局部受压承载力偏大，且间接钢筋的局部受压承载力预测结果离散性大，DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018的计算结果偏保守。有、无间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与JTG 3362—2018修正公式的预测值之比的均值分别为1.00和1.04，标准差均小于0.20，因此，JTG 3362—2018修正公式可较好地预测有、无间接钢筋UHPC的局部受压承载力，可为国内UHPC桥梁结构设计规范的编制提供参考。      

水泥搅拌桩加固机理及在软土路基中的应用

水泥搅拌桩复合地基是加固软土地基最有效的方法之一.水泥搅拌桩在复合地基中能够起到集中应力、降低沉降的作用.通过大量室内试验研究,结果表明,水泥搅拌桩桩身强度随着水泥掺入比的增大而增强,随着龄期的增长呈幂指数的方式增大,受水灰比的影响较小;实体工程研究表明,水泥搅拌桩桩身强度随加固深度的增加而减小,其强度为软土的近10倍,能够有效提高软土地基的强度.     

强震作用下的砂土液化对桩基力学特性影响

为了提高位于液化土层桥梁桩基的抗震性能, 基于三向六自由度大型振动台模型试验, 分析了地震波作用下桩顶水平位移、桩身加速度及弯矩等动力响应, 并研究了地震波加载后桩基的损伤。试验结果表明: 在地震波作用下, 随着液化层埋深的增加, 土体液化后产生的侧扩效果逐渐减弱, 因此, 桩顶水平位移峰值逐渐减小, 但是当地震加速度超过0.6g时, 桩顶水平位移峰值不受液化层埋深的影响; 因地震荷载作用下粉细砂土层液化, 桩身加速度在该土层位置明显增大; 上部覆盖层压力作用使土层抗剪强度增大, 因此, 桩顶放大系数随着液化层深度的增加而增大, 且桩顶放大系数在Kobe波作用下最大, 5002波作用下最小, 砂土液化同时造成土层强度降低, 从而使桩身加速度在该土层出现放大效应; 桩身弯矩最大值均出现在液化层和非液化层分界处, 且在相同强度地震波作用下, 桩身弯矩最大值随着液化层埋深的增加呈增大趋势, 当地震加速度从0.30g增大到0.35g后, 桩身弯矩增幅为33.3%, 增幅最大; 不同类型地震波对桩基的破坏程度并无差异, 在加速度0.35g作用下, 桩基基频无变化, 但当地震波强度超过0.40g时, 桩基基频从1.65 Hz突降到0.45 Hz, 因砂土层液化产生侧向位移, 桩身剪切变形, 最终导致桩基损坏。综上所述, 当液化层较浅时, 应重点考虑地震波作用下过大的桩顶水平位移; 在桩基抗震设计时, 必须考虑液化层和非液化层分界处桩基的抗弯能力和液化层埋深的影响。      

钻孔灌注桩桩端后压浆承载特性研究

后压浆技术可大幅提高钻孔灌注桩的承载力。基于西安至铜川扩建工程试桩的现场静载试验,分析了桩端后压浆的增强加固机理,深入研究了后压浆钻孔灌注桩单桩竖向承载力特性,桩侧阻力及桩端阻力的发挥性状。利用实测结果,得出了后压浆增强系数,并提出了后压浆单桩极限承载力的计算公式,可为相关领域的工程提供一定的借鉴。     

高速公路水泥土搅拌桩加固效果室内试验研究

通过室内试验对水泥土搅拌桩加固效果进行研究,试验结果表明,水泥土搅拌桩能够较好地提高原状土的强度,改善地基的力学性能,提高地基承载力,减少沉降量。干喷法早期强度较高,但7d后强度增长缓慢,其最终强度略低于湿喷法。湿喷6翅搅拌比湿喷4翅搅拌更为均匀,其加固效果也优于湿喷4翅。湿喷法桩身强度无明显变化,但干喷法随着深度加大其强度将降低。