钢纤维特性对无配筋UHPC矩形梁抗扭性能的影响

钢纤维能明显提升超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)的抗拉强度与韧性，对UHPC构件的扭转行为有显著影响。为深入研究钢纤维特性对UHPC矩形梁抗扭性能的影响规律，以钢纤维体积掺量、类型、尺寸以及混杂效应等为变化参数，完成了8根UHPC矩形梁(含1根未掺钢纤维的对比梁)的纯扭试验；获得了各试件的纯扭破坏形态、扭矩-扭率曲线、扭矩-应变曲线、裂缝形态等关键数据。结果表明：对比梁为脆性破坏，纤维增强UHPC梁的破坏则是有征兆的；纤维增强UHPC梁的开裂和极限扭矩均明显大于对比梁，最大提升幅度分别达79%和159%；增加钢纤维体积掺量能提高开裂和极限扭矩，且斜裂缝数量更多、宽度更小；掺端钩纤维试件的抗扭承载能力和延性均优于掺圆直纤维试件；钢纤维长径比越大，试件的裂缝分布越密集，极限扭率越大，延性越好；2根混掺纤维试件的开裂和极限扭矩均大于单掺试件，正混杂效应明显；钢纤维类型和尺寸均会影响试件的裂后承载能力，掺长径比65的圆直钢纤维在开裂后迅速达到极限状态，极限与开裂扭矩之比为1.07～1.18，长径比为100时对应的比值为1.46，而掺端钩纤维则为1.34，介于两者之间。最后，提出了UHPC矩形梁开裂和极限扭矩计算公式；并对30根UHPC矩形梁进行了验证，结果表明计算公式精度良好。     

掺钢纤维无配筋UHPC矩形梁抗扭性能试验研究

为研究掺钢纤维无配筋超高性能混凝土(UHPC)矩形梁的抗扭性能,分析钢纤维类型对梁体纯扭受力行为的影响,设计制作4根UHPC矩形梁[包括未掺钢纤维试件1根;掺短圆直、长圆直、端钩钢纤维试件各1根(钢纤维长分别为13,20,13 mm,直径均为0.2 mm,体积掺量均为2%)],并设计1套纯扭加载装置进行试件纯扭试验。基于试验结果,分析各试件在纯扭作用下的扭矩～扭率曲线、开裂和极限扭矩、扭矩～应变曲线、裂缝分布等,并推导UHPC矩形梁的抗扭承载力计算公式,将计算值与试验值进行对比验证。结果表明：掺入钢纤维使UHPC试件由脆性破坏变为延性破坏,且开裂和极限扭矩均有明显提升,最大提升幅度分别为45.6%和100.6%;当体积掺量不变时,钢纤维类型对无配筋UHPC梁开裂扭矩和扭率影响较小,但对极限扭矩和扭率以及裂缝分布有较大影响;掺端钩纤维试件和掺长圆直纤维试件的抗扭承载力和延性均优于掺短圆直纤维试件;掺钢纤维UHPC梁在纯扭作用下的主拉和主压应变显著高于未掺试件,表明钢纤维可以有效“桥联”UHPC基体;试件的抗扭承载力试验值和计算值比值的平均值为0.93,标准差为0.09,说明提出的抗扭承载...     

钢纤维对超高性能混凝土裂后性能的影响

通过对超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)进行三点弯曲的试验。研究了不同类型、不同掺量以及不同长径比的钢纤维对UHPC材料裂后性能的影响,根据实测荷载-裂缝张开位移(CMOD)曲线,通过反分析确定了UHPC的应力-裂缝宽度关系。研究结果表明:端钩型纤维对UHPC材料裂后的应力提高幅度要高于直线型纤维;纤维掺量的增加可以有效提高UHPC材料裂后的应力,但钢纤维的应力提高幅度也逐渐下降;长径比的增长可以提高钢纤维的应力提高幅度,但在较高纤维掺量情况下,长径比较长的钢纤维因为在基体中分散不均匀,导致UHPC材料裂后应力反而有所下降。     

聚丙烯纤维混凝土梁受弯抗裂试验研究

为了研究聚丙烯纤维混凝土梁的受弯开裂性能,确定混凝土梁抗裂的最佳聚丙烯纤维掺量,制作15根钢筋混凝土梁,并设计5种纤维掺量水平,对其进行受弯抗裂试验,分析不同掺量水平对梁试件裂缝扩展、应变和跨中荷载位移曲线等方面的影响。研究结果表明：聚丙烯纤维的桥接作用能够牵制混凝土的局部裂缝,增加试件的延性,延缓初裂缝出现的时间,并且提高试件的开裂应力和开裂能;但与纤维掺量水平并非正相关,体积掺量为0.2%时的提升效果最好,为试件受弯抗裂最佳掺量。     

钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁受弯性能研究

磷酸镁水泥混凝土可应用于桥梁抢建工程中的受弯构件，为研究钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁的受弯性能，对5片不同钢纤维掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%)的磷酸镁水泥混凝土梁进行了四点弯曲加载试验，分析了钢纤维掺量对磷酸镁水泥混凝土梁破坏形态、裂缝分布、受弯承载力以及延性等受弯性能的影响。试验结果表明：试验梁的破坏模式均为典型的弯曲破坏；在同等荷载作用下，掺有钢纤维的试验梁裂缝数量更多，但裂缝宽度更小且分布更加密集，改善了梁体开裂状况；随着钢纤维掺量的增加，试验梁的开裂荷载、屈服荷载和峰值荷载以及延性系数均得到提高，其中延性系数的提高尤为显著。基于ABAQUS有限元分析，与试验结果进行对比，并以钢纤维掺量和纵筋配筋率为参数进行了有限元参数化分析，结果表明：纵筋配筋率增加可以显著提高磷酸镁水泥混凝土梁受弯承载力，但会降低梁的延性，而提高钢纤维掺量则能显著改善梁的延性。最后，通过探究钢纤维在混凝土中的作用机理，提出了钢纤维在载荷方向上贡献的抗拉强度，建立了钢纤维磷酸镁水泥混凝土梁的受弯承载力计算公式，且计算结果与试验结果吻合良好。     

钢纤维对再生粗骨料水泥混凝土力学性能影响研究

通过对3种类型(铣削型、波纹型、端钩型)钢纤维再生粗骨料混凝土的力学性能试验,探讨体积分数分别为0、0.5%、1%、1.5%对再生粗骨料水泥混凝土的抗压强度、劈拉强度、抗折强度及抗冲击性能的影响。试验结果表明:钢纤维掺入使再生粗骨料水泥混凝土的力学性能明显增强,端钩型钢纤维对再生粗骨料混凝土的性能影响最大;钢纤维掺量对劈拉强度和抗折强度影响显著,对抗压强度影响较小,同时能提高抗冲击性能,当钢纤维掺量为1%时,再生粗骨料混凝土的初裂冲击次数能提高将近300%。该研究对同类再生粗骨料混凝土中添加钢纤维后的力学性能研究具有一定参考和借鉴意义。     

高速公路钢纤维混凝土试验路面中钢纤维分布规律的研究

从云南省曲靖～陆良高速公路微扭剪切型钢纤维增强混凝土试验路面中纤维分布的实际情况出发，应用计算机图像技术，编制钢纤维分布细观几何参数的计算机测试系统，研究了钢纤维分布的细观几何参数，分析了钢纤维混凝土路面中钢纤维的分布规律。依据随机数学和体视学原理，建立了钢纤维分布随机过程的数学模型，研究了钢纤维的动态转移过程。研究结果表明，剪切型钢纤维混凝土试验路面中钢纤维细观几何参数具有负偏斜的正态分布规律，文中所建立的钢纤维分布数学模型能较好地描述钢纤维在混凝土基体中的分布情况。     

配套使用电感试验和抗折试验对钢纤维混凝土力学特性及纤维分布的研究

纤维在混凝土中的含量和方向对钢纤维混凝土(SFRC)的力学性能有很大的影响,因此研究钢纤维在基体中的分布至关重要。本文对不同纤维含量(30,45和60 kg/m3)的传统钢纤维混凝土(CSFRC)和自密实钢纤维混凝土(SFRSCC)进行抗压、抗折和电感试验,分析钢纤维掺量对混凝土抗压强度、剩余抗折强度及纤维分布的影响规律。结果表明,钢纤维对混凝土抗压强度没有明显提高作用;荷载强度达到峰值之前,混凝土剩余抗折强度与钢纤维掺量成正比,且自密实钢纤维混凝土(SFRSCC)裂后性能更好;纤维含量对其分布没有明显影响。此外,本文通过电感试验验证了纤维含量和电感值的关系,结果表明,钢纤维对混凝土抗压强度没有明显提高作用;荷载强度达到峰值之前,混凝土剩余抗折强度与钢纤维掺量成正比,且SFRSCC裂后性能更好;而纤维掺量对其分布没有明显影响。     

UHPC直剪性能试验与直剪承载力计算方法

针对超高性能混凝土（UHPC）直剪性能研究较为缺乏的现状,开展24个“Z”形UHPC整体浇筑试件和24个“Z”形UHPC平接缝试件（用高压水凿毛先浇界面）的直剪试验,以得到钢纤维特性以及浇筑方式对UHPC （直剪）初裂强度、峰值强度、破坏模式以及直剪承载力的影响;并基于试验结果及UHPC细观本构模型开展了UHPC直剪承载力的理论分析研究。结果表明：无纤维UHPC整体试件和钢纤维掺量未超过3.0%的平接缝试件直剪破坏模式均为脆性破坏,纤维掺量达到2.5%的整体试件具备剪切延性破坏的特征;纤维掺量达到2.5%的平接缝试件界面处新老UHPC结合紧密;整体界面和平接缝界面直剪的初裂强度与峰值强度均随纤维掺量增加而显著增加,且峰值强度随纤维掺量几乎呈线性变化;纤维形状与长径比对整体界面初裂强度和峰值强度的影响不大,对平接缝界面则长纤维优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;整体界面和平接缝界面直剪的峰裂比（峰值强度与初裂强度之比）为103.5%~166.7%,整体界面峰裂比均显著大于纤维掺量相同的平接缝界面,2种界面的峰裂比均随钢纤维掺量增加而增加。建立了平接缝界面与整体界面直剪峰值强度之比η（简称直剪强度比）与纤维特征参数λ_f之间的高精度拟合公式。此外,还分别提出了高精度的UHPC整体界面和平接缝界面的直剪承载力计算公式。     

钢纤维特性对UHPC轴拉性能与弯拉性能的影响及对比研究

为定量地研究钢纤维特征参数对超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）受拉性能的影响规律,现对同一纤维体积掺量（2%）下不同纤维长径比（59~100）、不同纤维类型（端钩型与平直型）及无钢纤维的UHPC试件分别开展了轴拉试验与四点弯拉试验。通过选取拉伸全曲线上的初裂点、峰值点及其他几个特征点,定量地分析了UHPC拉伸过程中的轴拉性能与弯拉性能,并对2种拉伸试验下的初裂强度与峰值强度进行了对比与分析,最后利用ABAQUS软件对2种拉伸全曲线进行了有限元倒推分析。研究结果表明：①随着一定范围内的纤维长径比的增加,与轴拉试验相比,UHPC试件的拉伸强度和拉伸韧性在弯拉试验中提升得更明显;②无论是端钩型还是平直型纤维试件,轴拉应变达到3 000×10^-6时的应力均高于7 MPa,且大弯拉变形状态下的强度均仍为弯拉初裂强度的1.17~2.43倍;③有无钢纤维对UHPC轴拉性能与弯拉性能均具有不同程度的裂后增强效果,其中后者优于前者;④在UHPC结构设计中可用考虑尺寸效应修正后的弯拉初裂强度来估算轴拉初裂强度,且扣除纤维取向的影响后,基于ABAQUS有限元软件倒推输入的三折线轴拉本构与实测的轴拉本构基本相符。     

聚丙烯纤维碾压混凝土的性能实验分析及其在路面大修施工中的应用

针对不同聚丙烯纤维掺入量下的混凝土拉伸、弯曲等力学性能进行了试验研究,并从路面工程实际出发,针对聚丙烯纤维碾压混凝土在现场搅拌中的质量控制进行了分析。研究结果表明:随着聚丙烯纤维掺量的增加,混凝土的抗压强度提高并不明显,初裂挠度和抗弯强度提升显著,掺入了聚丙烯纤维的混凝土有效的提高了混凝土的抗拉强度与峰值应变,有效的抑制微裂缝的扩展,保证试件在裂缝失稳前可以有较大的变形量提高了素混凝土的初裂性能和结构的抗拉强度。工程应用中,为保证聚丙烯纤维的掺入均匀性,可采用间歇式的搅拌方式,控制混合料的拌合时间在120～150 s范围内,保证混凝土拌合站掺量大于50 m3/h,水泥罐内温度小于50℃,以便获得符合质量标准的聚丙烯纤维碾压混凝土。     

材料特征对新浇筑混凝土与基体混凝土界面黏结性能的影响

新浇筑混凝土原材料组成及性能特征对新浇筑-基体混凝土界面黏结性能有重要影响，为此，采用自行设计加工的45°Z型斜剪、轴向拉拔夹具，开展新浇筑混凝土-基体混凝土界面剪切试验和钻芯拉拔试验测试，研究了新浇筑混凝土粗集料石粉含量、粗集料最大粒径、单掺钢纤维和聚合物乳液、复掺钢纤维和聚合物对3 d、28 d新浇筑混凝土-基体混凝土界面抗剪强度及90 d界面黏结强度的影响。研究成果表明：粗集料中石粉含量在不超过5%的情况下，有助于改善新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结性能；适当减小新浇筑混凝土中粗集料最大粒径能有效提高新浇筑混凝土-基体混凝土28 d、90 d界面黏结性能；粗集料最大粒径对新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结强度影响依次为：钢纤维混凝土>普通混凝土>钢纤维聚合物混凝土>聚合乳液改性混凝土；在新浇筑混凝土中掺入钢纤维和聚合物乳液有助于改善新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结性能，且钢纤维和聚合物乳液复掺效果优于单掺，新浇筑混凝土-基体混凝土界面黏结性能优劣顺序依次为：钢纤维聚合物混凝土>聚合乳液改性混凝土>钢纤维混凝土>普通混凝土。     

聚丙烯纤维混凝土直接拉伸性能的试验研究

重点研究聚丙烯纤维增强混凝土在单轴直接拉伸荷载下的力学性能和纤维混凝土的单轴拉伸应力变形全曲线。提出单轴拉伸相对应力裂缝宽度曲线的理论方程式。由单轴拉伸全曲线得到了纤维混凝土的应力裂缝宽度曲线、断裂能及特征长度等。试验发现:当纤维体积掺量为0 14%时,纤维混凝土的轴心抗拉强度比基准混凝土提高20%,极限拉伸应变提高49%,断裂能提高68%,临界断裂时的最大裂缝宽度增加55%。聚丙烯纤维具有良好的阻裂性能,增强了硬化混凝土的能量吸收能力。     

UHPC-T形梁斜截面抗裂性能试验

为研究UHPC梁的斜截面抗裂性能并提出合理的评价指标和设计建议，以期能充分利用UHPC超高的抗拉性能及优秀的裂缝控制能力，设计了5片预应力UHPC-T形梁，并完成其静力加载模型试验，试验参数为剪跨比、箍筋和钢纤维含量，获得了开裂荷载、裂缝分布和应变等关键试验结果。试验结果表明：当剪跨比增加时，开裂荷载会减小，斜裂缝宽度的发展速度却加快；箍筋对开裂荷载影响较小，但能抑制斜裂缝的发展；钢纤维含量的增加会提高开裂荷载和减缓斜裂缝的发展速度。根据材料力学公式推导出斜截面开裂剪力计算公式，进一步采用极限平衡法建立正常使用阶段斜裂缝宽度的计算方法，计算值与试验值吻合良好且偏于安全。通过计算实测开裂剪力作用下斜截面的主拉应力可知：开裂时斜截面的主拉应力会超过UHPC的抗拉强度，不仅体现了UHPC的应变硬化特性，还反映了UHPC梁良好的斜截面抗裂性能。对比各国规范的斜截面抗裂设计规定，中国规范建议稿的容许应力值较为保守。基于开裂时的主拉应力水平和各国规范规定，建议放宽整体预应力UHPC梁的主拉应力限值，取为60%的弹性极限抗拉强度并考虑纤维分布的不均匀性。对于允许开裂的UHPC梁，应验算正常使用阶段的...     

UHPC力学性能的多指标分级

材料性能分级是结构设计方法建立的基础性工作。为探究超高性能混凝土（UHPC）合理的材料性能分级方法,以钢纤维掺量为主要参数,开展了3组试验,分别是抗压强度相同的UHPC单轴拉伸（直拉）强度测试、UHPC的抗拉性能（含初裂强度、抗拉强度与峰值拉应变）测试和UHPC劈裂、抗折和直拉强度的对比试验。试验结果表明：UHPC抗拉强度与抗压强度不存在简单的线性对应关系,UHPC性能分级不能仅采用抗压强度这一单一指标,而应同时考虑抗压与抗拉性能;随纤维掺量的增加,UHPC初裂强度、抗拉强度与峰值拉应变的增强幅度并不相同,UHPC抗拉性能分级时,不应只考虑抗拉强度,而应同时考虑3项性能指标;劈裂强度、抗折强度与直拉强度间不存在简单的线性换算关系,抗拉强度应直接采用直拉试验测试。在试验研究的基础上,提出考虑纤维增强作用的UHPC力学性能多指标分级方法。根据大量文献数据的统计分析结果和工程应用情况,建议了UHPC力学性能的具体分级和相应的指标值。     

成型方式对钢纤维混凝土力学性能的影响

选取钢锭铣削型(700级)和端钩钢丝型(1000级和1300级)钢纤维,采用两种成型方式获得钢纤维混凝土力学试件,研究钢纤维类型、掺量及成型工艺对混凝土力学性能的影响,采用CT技术研究圆柱体和长方体试件中的钢纤维分布形态。研究结果表明:随着基体强度提高,钢纤维对混凝土初裂弯拉强度的增强效果减弱,对极限弯拉强度改善作用的增强趋势几乎不受影响。在提高初裂弯拉强度方面,钢锭铣削和超高强(1300级)钢丝较优;在提高极限弯拉强度和弯曲韧性方面,钢丝切断型要优于钢锭铣削型。钢纤维对室外切割成型试件力学性能的提高效果大于室内试模成型试件力学性能的提高效果,建议面板类钢纤维混凝土力学试验所需试件采用板块浇筑、切割成型的方式获取。     

钢纤维沥青混凝土裂缝自愈能力试验研究

通过沥青胶浆和钢纤维沥青胶浆温度裂缝形态的对比,研究了钢纤维对沥青胶浆裂缝开展的控制作用,通过不同温度下不同钢纤维掺量的沥青混凝土试件经弯曲断裂后裂缝自愈能力的系列试验,研究了温度、钢纤维掺量和自愈期长度对沥青混凝土自愈能力的影响规律。结果表明,钢纤维可改善温度裂缝的开展形态,由少缝开裂变为多缝开裂;温度对沥青混凝土的自愈能力具有决定作用,钢纤维对沥青混凝土裂缝的自愈能力具有显著的改善作用,钢纤维对沥青混凝土自愈能力的改善效果来自对抗裂能力的提高;自愈期长度也是影响沥青混凝土自愈能力的重要因素,二者之间呈线性关系。并根据试验结果建立了考虑温度及钢纤维影响的裂缝自愈能力预估模型。     

钢锭铣削型钢纤维用于厂区道路和工业地坪的计算方法

与普通混凝土相比,钢纤维混凝土具有较大的抗拉强度,其抗裂性能和抗冲击性能突出。钢纤维混凝土用于厂区道路和工业地坪可使该材料的抗裂和抗动力荷载的优良性能得到充分发挥。如何较好地考虑厂区道路和工业地坪各种复杂受力,并用合理而且简便的计算模型对其设计计算,成为保证钢纤维混凝土厂区道路和工业地坪使用寿命和质量的关键。该文对钢锭铣削型钢纤维混凝土力学性能进行了分析,介绍了钢锭铣削型钢纤维混凝土厂区道路和工业地坪的力学计算模型和简化设计计算方法。     

混杂纤维高性能混凝土抗裂试验研究

对16根混凝土梁进行抗裂试验研究和数值模拟,分析其开裂弯矩与纤维体积掺量的关系,并将试验结果与有限元分析结果进行对比.结果表明,适量加入钢-聚丙烯混杂纤维,可提高混凝土梁正截面开裂弯矩,并且随着钢纤维体积率的增加呈增长趋势,当聚丙烯纤维体积率固定为0.055%、0.11%、0.165%,钢纤维体积率达到最高1%时,其抗裂弯矩分别比普通高性能混凝土梁提高了26%、42.9%、26%,同时,影响其抗裂度大小的主要因素为钢纤维的体积掺量.     

UHPC单轴受压力学性能及本构关系研究

为了解纤维掺量不同的超高性能混凝土(UHPC)试件单轴受压力学性能,考虑PVA纤维、钢纤维及其混杂纤维的掺量及水胶比,制作4组普通混凝土试件和11组UHPC试件进行单轴受压试验,分析各组试件单轴受压破坏形态、韧性等受力特性,并根据试验结果研究UHPC受压本构关系。结果表明:随着纤维掺量的增加,试件的破坏形态由脆性向塑性转变,UHPC试件开裂后韧性增加,相较未掺纤维的韧性指数I_(1.5)、I_(2.0)、I_(3.0)均提高为原来的1.6倍以上;相同纤维掺量下,钢纤维对UHPC的阻裂效果优于PVA纤维。经无量纲化处理的UHPC受压应力～应变曲线具有明显的非弹性段,纤维掺量较高时部分试件的曲线会出现应力台阶;所提出的UHPC开裂变形计算方法可避免常规作图法人为因素的影响,UHPC受压本构模型考虑了纤维种类及掺量,能较好地模拟各纤维掺量下的结构受力。