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。     

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。     

UHPC中钢纤维的应用研究进展

钢纤维是超高性能混凝土（UHPC）的主要增强纤维，其在提升UHPC力学性能方面较其他纤维更好。为进一步促进钢纤维对UHPC性能的优化，加速UHPC在工程领域的推广和应用，从钢纤维的取向与分布、形状特征、掺量、改性及与其他纤维的混杂等方面出发，对UHPC中钢纤维研究的一些重要成果进行介绍和评述。结果表明：①关于钢纤维顺向及乱向分布下的力学模型、纤维取向的无损检测技术及其流变控制技术有待进一步研究；②关于钢纤维形状-加载速率对基体力学性能的耦合作用、UHPC中不同掺量骨料及其粒径与钢纤维长径比之间的匹配关系及一定纤维掺量和性能前提下，纤维长径比对该性能提升的临界点等方面还有待进一步研究；③关于纤维改性过程中的成本、改性程度控制阈值及其可能带来的副作用还有待于进一步探索；④发展有效、合理的数值方法来预测钢纤维UHPC的断裂行为等仍处于探索阶段，具有较高的研究价值；⑤钢纤维的研究主要注重于单一因素对不同性能的影响，建议按UHPC工程实际情况、性能需求、现场环境及成本划分权重，开展基于权重的纤维特性及掺量的研究；⑥关于钢-合成纤维混杂后其协同作用的定量描述、高强基体与柔性纤维的匹配问题以及基于多种不同尺度和不同性能耦合的混杂纤维组合的研究具有良好的研究价值。     

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。     

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。     

UHPC梁受剪性能试验与抗剪承载力计算方法

为研究超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）薄腹梁受剪性能和抗剪承载力计算方法，设计制作11片模型梁开展荷载试验，试验参数包括纤维率、纤维种类、配箍率、剪跨比和混凝土强度。分析了试验梁破坏形态、裂缝开展过程和主要因素对梁体受力响应影响规律。试验结果表明：UHPC梁的受力过程分为弯曲开裂前弹性阶段、"桥联作用"失效前和"桥联作用"失效后3个阶段。UHPC梁剪切破坏具备一定延性且有明显征兆，为半延性-半脆性破坏。由于纤维"桥联作用"，UHPC梁剪切开裂后呈多条剪切裂缝同时开展现象，破坏过程伴随着纤维持续从基体里拔出的"滋滋声"。此外，配置适量箍筋可使梁体破坏模式从脆性剪切破坏向更具延性的弯曲破坏转变。基于Rankine破坏准则，推导出剪压区混凝土简化强度准则；考虑T形截面翼缘的影响，提出腹板抗剪有效宽度计算方法；通过极限平衡法，得到考虑翼缘影响的混凝土抗剪贡献计算式。基于分项叠加思想，建立考虑混凝土、箍筋和纤维抗剪贡献的UHPC梁抗剪承载力理论计算式。该公式形式简单，物理意义明确，可以考虑纤维率、剪跨比和梁体尺寸等影响因素。用试验结果对提出的计算式进行验证，得到抗剪承载力理论计算值和试验值比值均值为0.94，标准差为0.17，计算结果表明提出的计算式可以较好地预测UHPC梁的抗剪承载力。     

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。     

UHPC桥梁研究进展与规模化应用技术路径分析

工程材料的革新是推动土木工程结构发展的重要驱动力，工程结构的发展又将促进工程材料不断突破。超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)是一种具备超高强度、高韧、高耐久、高抗爆等优异性能的新型超级混凝土，能较好地适应下一代桥梁工程大跨化、轻型化、高性能化的发展趋势。为促进UHPC在桥梁工程领域的研究与应用，系统梳理了近年来UHPC桥梁学术研究现状、热点前沿、存在问题、具体对策及发展前景。首先总结了UHPC材料研究进展，包括材料组成、基本力学特性与桥梁用UHPC发展历程。然后对UHPC结构设计理论研究进行了梳理总结，包括考虑纤维贡献的UHPC结构受弯受剪计算理论、UHPC结构抗冲击、抗爆与疲劳计算方法等，并重点介绍了无腹筋UHPC桥梁、钢-UHPC组合桥梁、UHPC用于桥梁抗震、UHPC桥面铺装、UHPC用于桥梁加固等结构体系创新研究进展。基于以上UHPC研究与工程应用现状，指出了UHPC在桥梁工程领域规模化应用面临的关键问题、主要挑战及实现技术路径，以期对UHPC在桥梁工程领域的学术研究和规模化应用提供新的视角和参考。     

超高性能混凝土桥梁设计与施工 关键技术问题探讨

结合国外技术规范及指南、国内外研究成果及工程实践,探讨超高性能混凝土(UHPC)材料组分和最低抗压强度、UHPC桥梁设计理论和施工工艺等关键问题。对比法国标准与中国标准的差别,结合工程案例,分析预应力无主筋UHPC桥梁结构的优点,总结抗弯、抗剪、抗裂、疲劳和刚度设计方法。针对UHPC收缩较大、纤维取向不均和气孔等不足,探讨提升设计理念、改进施工工艺。     

UHPC拼接施工新老桥面接缝处的应用研究

以某工程项目为例,采用粉料、纤维和水的重量配比为2 133∶161∶195进行配料,将现场拌合的UHPC浇筑于新老桥面接缝处,其抗压强度、弹性模量、28 d抗折强度等指标均符合设计要求,且服役一年多,无任何病害产生,应用效果良好。     

微表处技术在高等级公路养护中的应用

微表处技术是高等级公路进行预防性养护最经济有效的手段。该工艺在国外已得到广泛应用,被认为是修复道路多种病害最有效、最经济的途径之一,对改善沥青路面使用性能、延长使用寿命、节约投资,具有十分重要的意义。     

高速公路车辙病害研究

讲述了高速公路上的路面病害之一———车辙的形成、发展、危害,给出了相关部门应该采取的预防和维修治理措施。     

基于信息融合的道路前方车辆识别研究

将光学传感器与红外传感器进行信息融合以识别道路前方车辆.首先根据光学图像信息进行保守识别以初步确定车辆目标.在对相应的红外图像进行通道处理的基础上,充分利用其温度场信息提取车辆目标特征以构建车辆验证函数.以车辆验证函数值为依据建立基于最小风险的贝叶斯决策分类器,对光学初识别中得到的车辆目标进行验证,从而成功实现了光学图像与红外图像的信息融合.试验表明该方法能够利用红外热图信息在光学图像保守识别的基础上剔除误判目标,最终得到较为准确的识别结果.     

高速公路车辆行程时间预测研究

对高速公路联网收费系统的数据和交通监控系统的数据进行了处理和分析,研究了高速公路车辆行程时间分布的规律性和各参数之间的关联性,构建了高速公路车辆行程时间预测模型,最后通过比较实际值与预测值来验证提出的行程时间预测方法,分析了误差的原因.     

高速公路桥头跳车的探讨

针对高速公路容易产生桥头跳车现象进行分析,提出减少桥头跳车的防治措施并介绍梨温高速公路桥梁台背回填及伸缩缝的施工控制措施和效果。     

基于ABAQUS的凉水井滑坡稳定性分析

利用大型有限元软件 ABAQUS 对凉水井滑坡段进行了数值模拟分析,通过应力应变场的云图分析,确定边坡的最危险潜在滑动面。依据强度折减法的原理,利用ABAQUS定义场变量为强度折减系数值,通过改变场变量实现摩擦角和粘聚力的折减,得出边坡稳定性安全系数,并对滑坡的整治措施提出建议。     

高速公路生态绿化初探

高速公路生态绿化是高速公路绿化发展的趋势和方向。阐述目前高速公路绿化现状,从生态学的角度提出高速公路生态绿化的发展思路,并对高速公路生态绿化模式进行初步探讨。     

基于CAB气囊展开问题的研究

实车试验出现CAB气囊后腔展开后飘动,扫到假人头部,且气囊后腔展开速度比前腔慢等问题,本文以此为切入点,简述如何通过改变气囊折叠方式、改变气囊花型的方法,改善CAB气囊展开状态的问题。通过此问题的改善,为后续CAB气囊开发提供经验积累。     

机场道面结构安全性能模糊综合评价

应用模糊分析法建立了一个综合评价模型,通过该模型可对机场道面结构的安全性做出定量预估,并可找出影响结构安全的主要隐患和薄弱环节。     

基于蒙特卡罗模拟方法的快速路运行时间可靠度研究

运行时间可靠度作为一个非常重要的概率测度参数能有效地评价交通网络的动态特性。在对运行时间可靠度的概念界定的基础上，分析了快速路运行时间可靠度的影响因素。提出了运用蒙特卡罗模拟方法计算运行时间可靠度，即采用蒙特卡罗模拟方法随机的对快速路入口的交通需求变量进行抽样，根据得到的样本值确定路径出行时间，然后对此出行时间进行检查，如果超过了规定的阚值，则认为不可靠，否则可靠。并通过一个算例对该模型进行了验证。最后指出了运行时间可靠度这一概率参数的应用前景。