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。      

混杂纤维超高性能混凝土断裂性能研究

为探明超高性能混凝土(UHPC)的断裂性能与机理,以合成纤维替代率为变量,通过三点弯曲断裂试验,以聚乙烯醇纤维(PVA)、聚丙烯纤维(PP)替代部分钢纤维对UHPC断裂性能的影响进行研究,并使用修正后的双K断裂韧度与断裂能的计算公式,分别计算了不同纤维含量的UHPC断裂性能指标.研究结果表明:合成纤维(PVA或PP纤维...     

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。     

超高性能混凝土在桥梁工程中的应用案例分析

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有高强、高抗折以及优异使用性能的新型混凝土材料。针对UHPC在桥梁结构中的应用,通过梳理和汇总国外一些经典桥梁实例,总结和分析了几类典型断面形式的适用条件以及应用效果,旨在为我国同类结构的设计与研究提供参考和借鉴。     

FRP约束超高性能混凝土圆柱轴压本构模型

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱体的轴压性能,对30根FRP布约束和3根无约束UHPC圆柱体进行了轴心抗压试验,分析了FRP种类、纤维布层数和约束形式对UHPC轴压性能的影响规律.根据试验结果,同时考虑约束刚度和纤维布极限应变的影响,通过回归得到了约束试件强度和极限应变预测公式,并对Lam-Teng模型中的截距进行了修正.研究结果表明:约束比和侧向约束刚度是影响约束试件强度和极限应变的主要因素;约束试件的应力-应变曲线由抛物线和直线段组成;改进后Lam-Teng模型的拟合优度均值为0.96,能更精确地预测约束试件的应力-应变关系.      

钢-UHPC组合桥面板性能分析及应用

超高性能混凝土(UHPC)是一种高性能混凝土材料,在大跨结构中有着比一般混凝土更加宽广的前景。针对传统正交异性钢桥面板普遍存在的桥面板疲劳与桥面铺装易损坏等问题,提出钢-UHPC组合桥面板结构由薄UHPC桥面板以及钢梁组成,有着耐久性强、徐变收缩小、不易开裂、比强度大等优势,在大跨结构应用时,可以解决传统的钢桥面板铺装易损和桥面疲劳开裂等问题。     

新型超高强混凝土材料提高槽形梁承载力

简述了现行在役槽形梁运营状况、病害状况,评价了目前市场上混凝土材料维修加固桥梁结构存在的弊端与不足,引出超高强混凝土UHPC材料维修加固槽形梁的优势,并对此材料的受力特性、耐久性及工作性能进行了描述和讨论。通过普通混凝土材料和超高强混凝土UHPC材料提高槽形梁的承载力计算结果对比可知,UHPC材料自身具有高强、耐久的特性,与钢筋组合成的CRC结构用于维修加固,可以大幅度提高槽形梁的承载力。     

千米级钢-UHPC组合桥面板开口断面组合梁斜拉桥力学性能研究

为克服传统钢-混凝土组合梁斜拉桥自重大、跨越能力不足等缺点,解决钢主梁斜拉桥正交异性钢桥面板抗疲劳性差、铺装易损等问题,提出了主跨1 000 m钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板开口断面组合梁斜拉桥试设计方案;分析了组合梁斜拉桥静力性能及抗风性能;探索了主梁高度H、主梁宽度B、桥面钢顶板厚度t_steel、UHPC面板标准厚度t_UHPC、UHPC弹性模量E_UHPC、钢梁下翼缘板厚度t_f等对组合梁斜拉桥静力性能的影响规律及设计主要控制因素。结果表明：UHPC材料大幅提升了组合桥面板的抗压强度和抗裂强度,试设计方案满足结构静力强度要求,且采用较薄的UHPC面板能有效减轻主梁自重;钢梁压应力为主梁静力设计主要控制因素,增加主梁高度或钢梁下翼缘板厚度可有效降低钢梁压应力;采用钢-UHPC组合桥面构造的千米级开口断面组合梁斜拉桥可满足国内部分区域对桥梁颤振稳定性的要求。     

双主梁钢板组合梁负弯矩区UHPC接缝设计和计算

为了解决双主梁钢板组合梁负弯矩区桥面板易开裂的难题, 将超高性能混凝土 UHPC (Ultra-High Per? formance Concrete) 应用于横向现浇湿接缝。 以瑞苍高速公路一联双主梁钢板组合连续梁桥为工程背景, 介绍了负弯矩区 UHPC 接缝方案的设计要点, 并与常规接缝方案进行技术对比。 同时, 通过有限元建模计算, 分析了 UHPC 接缝的受力性能。 研究结果表明： 负弯矩区 UHPC 接缝结构技术先进, 便于快速化施工; 承载能力、 抗裂性能及 UHPC 桥面板疲劳性能均可满足要求, 安全性能良好, 应用前景广阔。     

钢-ECC/UHPC组合梁负弯矩区力学性能研究

为改善钢-混组合梁负弯矩区混凝土易开裂缺点,引入工程水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)代替普通混凝土(NC)形成钢-ECC/UHPC组合梁,展开了1片钢-NC组合梁、1片钢-ECC组合梁和2片钢-UHPC组合梁的负弯矩区静力试验;结合有限元分析方法对比了不同类型混凝土的应变、裂缝扩展与分布特点,分析了混凝土类型和配筋对钢-混组合梁破坏形态、承载能力与变形能力影响规律。研究结果表明：钢-混组合梁在负弯矩作用下整体协同工作性能良好,破坏形态均为弯曲破坏;ECC和UHPC裂缝呈现纤细的特点,ECC尤为明显;与钢-NC组合梁相比,钢-ECC组合梁和钢-UHPC组合梁的开裂荷载分别提高了2.00和2.75倍,抗弯刚度分别提高了17.23%和35.73%,抗弯承载力分别提高了9.00%和6.81%,表明UHPC抗裂能力更强,可以有效改善钢-混组合梁负弯矩区桥面板抗裂性能,ECC与UHPC代替NC可以提高钢-混组合梁的抗弯刚度和承载力;配筋与无筋钢-UHPC组合梁的开裂荷载和前期刚度无显著差异,无筋钢-UHPC组合梁破坏时形成贯通裂缝,其承载力相比配筋钢-UHPC组合梁下降了13....     

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.      

连续组合梁桥UHPC接缝抗弯性能研究

针对连续组合梁桥负弯矩区桥面板易开裂的难题,提出了新型钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC (Ultra-High Performance Concrete)接缝方案。通过建立Midas有限元模型分析了应用UHPC接缝的连续组合梁桥负弯矩区的抗弯性能,自编Matlab程序分析连续组合梁桥的裂后截面刚度折减与内力重分布,并从抗裂性能角度进行参数分析。结果表明,组合梁桥负弯矩区UHPC接缝具有良好的技术先进性和经济性。     

钢筋与粗骨料超高性能混凝土粘结性能试验研究

为了研究含粗骨料超高性能混凝土（UHPC）与带肋钢筋的粘结性能,对6组钢筋-粗骨料UHPC中心拉拔试件进行了加载测试,研究了钢筋直径、保护层厚度、粘结锚固长度对粘结应力的影响,基于厚壁圆筒理论和拉梅解答分析了保护层厚度的影响. 采用回归分析的方法得到了极限粘结应力的计算公式,并采用其他文献的试验结果验证了该公式的有效性. 研究结果表明:粗骨料UHPC与钢筋的粘结锚固破坏模式与活性粉末混凝土（RPC）相似,有“刮犁破坏”和“劈裂破坏”两种模式;粗骨料UHPC所需钢筋的最小保护层厚度略大于RPC,粘结锚固长度与RPC相近;保护层厚度、粘结锚固长度存在相互影响,粘结锚固长度足够时可适当减小保护层厚度;提出了带肋钢筋在粗骨料UHPC中保护层厚度和锚固长度的建议值.      

超高性能混凝土收缩综述

分析了超高性能混凝土(UHPC)的收缩特性及其随时间发展的一般规律, 总结了材料组成、养护制度与内部温湿度场对UHPC收缩的影响。研究结果表明: UHPC收缩早期(0~7 d)发展快, 占总收缩的61.3%~86.5%, 中期(7~28 d)发展缓慢, 占总收缩的13.5%~27.9%, 后期(28 d后)趋于稳定; UHPC以自收缩为主, 占总收缩的78.6%~90.0%, 是早期开裂的主要诱因; 收缩测试起始时间可取试件成型后1 d(24 h), 终止时间可取90 d或120 d; 在结构设计时, 可参考各国规范取收缩为500~800 με, 热养护后可不考虑残余收缩; 对于收缩预测模型, 各国规范尚未统一, 多借鉴现有的收缩模型, 应完善与修正收缩预测模型; 对于材料组成, 目前集中于纤维、矿物掺合料的种类和掺量对收缩的定量影响, 且各组分对收缩的影响不同, 评价指标较为单一, 应结合结构用途、制备工艺与施工过程等进行综合评价; 对于内部温度与湿度场, 研究对象主要集中于28 d后的普通混凝土与高强高性能混凝土, 应深入研究胶凝材料含量大、组分差异性明显、活性矿物掺合料掺量高的UHPC早期内部温度与湿度场; 为了降低收缩, 基本采用内养护, 添加膨胀剂、减缩剂与粗骨料等措施。可见: 为了减小UHPC收缩的同时又不降低其力学性能, 应该优化UHPC配比, 合理使用外加剂, 采取适当养护制度等措施。      

世界拱桥建设与技术发展综述

为了解近20年世界拱桥的发展情况, 分析了钢拱桥、混凝土拱桥和钢管混凝土拱桥等拱桥的建设和技术创新, 展望了拱桥今后的发展趋势。分析结果表明: 在活载比重较大、动力问题比较突出的高速铁路桥梁中, 拱桥刚度大, 应用优势突出。在跨径方面, 3种大跨径拱桥的平均跨径分别为464、370和425 m, 且最大跨径不断增大, 以钢管混凝土拱桥最为明显。在材料方面, 高强钢在钢拱桥中的应用趋势并不明显; 混凝土拱桥的材料强度随着跨径的增大而不断提高, 超高性能混凝土已经得到应用; 钢管混凝土拱桥的拱肋材料强度在不断提高; 超高性能砂浆的提出将有助于提高圬工拱桥的竞争优势。在结构方面, 主拱采用新材料和钢腹板(杆)-混凝土组合截面, 与其他结构形成组合结构, 以及桥面连续化、轻型化和强调强健性, 是重要的技术进步。在施工技术方面, 钢管混凝土劲性骨架施工法、转体施工法和快速施工法等的发明, 推动着拱桥施工技术的进步。在结构创新与技术进步的推动下, 由于拱桥在美观、经济、结构等方面的独特优势, 今后仍将被大量修建; 超高性能混凝土有望为拱桥发展带来革命性的变化; 在跨径方面, 近期可望取得明显突破的是混凝土拱桥; 桥面系与主拱共同受力、连续化、轻型化和强调强健性也是重要发展方向。      

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.      

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。