纳米碳纤维混凝土在劈裂及抗弯试验中的压敏特性研究

为促进智能混凝土材料在桥梁上的应用,通过劈裂及抗弯试验研究纳米碳纤维混凝土的压敏特性。试验结果显示:纳米碳纤维混凝土的电阻会随压应力的增大而减小,随拉应力的增大而增大,电阻变化率与拉、压应力之间呈良好的线性规律;适当掺量且分散良好的纳米碳纤维可以使混凝土复合材料获得良好的压敏特性,成为自身具有损伤评估和应变监测功能的传感器。基于纳米碳纤维混凝土的良好压敏特性,将其作为具有应变监测功能的智能混凝土材料应用于桥梁结构中非常可行。     

体内预应力组合梁裂缝宽度静力及疲劳试验研究

针对混凝土翼板内配置后张有粘结预应力筋的负弯矩区组合梁,进行7个简支试件的静力及疲劳试验,试验考虑了不同预应力度、不同栓钉间距,且混凝土翼板中配置有体积配纤率分别为0%、0.8%和1.5%的钢纤维。试验表明,极限状态时各试件的裂缝分布相似,裂缝平均间距在80~110 mm范围内。分析认为,影响裂缝宽度的因素包括预应力度、配纤率、力比、连接度、配筋率及栓钉间距等,提出考虑上述因素的最大裂缝宽度经验计算公式。疲劳试验中,运用测试动力参数的方法,分析混凝土裂缝和疲劳损伤随荷载循环的变化,结果表明,预应力钢纤维混凝土-钢组合梁带裂缝工作时具有良好的疲劳稳定性,180万次的循环加载损伤度增大约20%。     

桥梁拼接缝混凝土渗透性及与裂缝宽度关系研究

采用气体渗透技术对桥梁拼接缝混凝土的抗渗性进行测试和评价,并对气体渗透系数与裂缝宽度闭合关系开展室内材料层面和现场结构层面的研究。室内试验中,基于对混凝土材料基本性能的测量和分析,对带贯穿裂缝的混凝土试件开展了气体抗渗性测试。结合回归分析,以相对气体渗透率k/k_0为因变量,以裂缝宽度闭合相对变化量a_c为自变量,建立了拟合曲线方程,说明当a_c增大1.125×10~(-2)mm时,气体渗透系数较初始状态增大10倍左右。现场结构层面的试验中,通过在拼接缝混凝土的跨中和梁端3个关键部位预埋传感器,在桥梁运营期开展了抗渗性能测试,并比较了荷载对混凝土气体渗透系数的影响。结果显示,所研究桥梁拼接缝混凝土的气体渗透系数处于10~(-16)～10~(-19)m~2量级范围,混凝土密实性能整体较好;1个月龄期时,拼接缝跨中传感器的气体渗透系数较两端高两个数量级,说明此处混凝土可能存在初始施工质量缺陷。而8个月龄期时,此处的气体渗透系数较1个月时降低了一个数量级,密实性能的提升可能来自于膨胀剂的膨胀效应;加卸载状况下3支传感器的气体渗透系数对比说明,剪力对混凝土宏观缺陷或微观裂缝的闭合效果有限;近桥墩处3~#梁端传感器的混凝土气体渗透系数在不同龄期下提高了一个数量级,而其他两处则呈现降低趋势,说明桥墩处混凝土的原始微裂缝有发展为宏观裂缝的可能,且裂缝宽度增大了约0.01 mm。     

超高性能混凝土钢桥面铺装组合结构弯拉疲劳性能研究

为评估树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构的抗弯刚度及疲劳耐久性能,通过三点式加载钢板-超高性能混凝土复合梁,并结合电阻应变片测试复合梁受力特征。结果表明,树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构的肋板焊缝、层间钢板及铺装表面应力基本随荷载作用增大而呈幂函数增长,且铺装应力随距钢板距离增长呈线性增长;在等效标准轴载140 kN作用下,层间黏结结构可消耗吸收应力约1.6 MPa,经疲劳加载大于1 200万次未发生损伤破坏,表现出良好的抗弯拉疲劳性能。树脂连接超高性能混凝土钢桥面铺装结构避免了焊接剪力钉造成应力损伤影响。     

纤维编织网加固隧道衬砌性能的评估方法研究

隧道在城市地铁、高速公路、高速铁路等基础设施中占据重要位置,为保障隧道运营安全,不可避免要开展隧道衬砌结构的维护与修复加固工作。采用碳纤维编织网与基体材料相复合的纤维编织网增强混凝土TRC,因其具有轻便、快捷、耐久性好的特点而在隧道衬砌修复加固中逐步得到推广应用,但目前尚没有有效的加固性能评估方法。该文基于碳纤维材料的导电特性,设计并进行TRC加固混凝土试件试验,研究试件在受力变形破坏过程中加固层碳纤维的电阻变化规律。试验结果表明,通过监测碳纤维材料电阻值的变化,可以有效评估碳纤维以及TRC的加固性能。     

反复加载下实桥预应力混凝土空心板纵向开裂行为试验研究

预应力空心板在我国公路桥梁中有广泛应用,本文通过30 m跨径实桥空心板的反复加载试验发现纵向裂缝一般首先出现在构件有缺陷的部位,试验数据表明在荷载和裂缝宽度较小的裂缝开展初期,纵向裂缝宽度发展受循环加载荷载及次数的影响不明显;而当荷载和裂缝宽度增大到一定程度时,纵向裂缝宽度随荷载水平的增加而明显增加.研究结论对于掌握空心板桥梁在反复荷载作用下的纵向裂缝开裂行为及其损伤累积规律、对于认识桥梁性能变化过程有重要参考意义.     

碳纤维复合材料在汽车前地板下纵梁加强板应用初探

为了探究碳纤维复合材料在结构件上应用的可行性,选取前地板下纵梁加强板作为研究对象,分别选取了两套树脂体系(低温型碳纤维增强树脂基复合材料及高温型碳纤维增强树脂基复合材料)进行了对比试验。通过此项目掌握了车用碳纤维复合材料应用于前地板下纵梁加强板的主要性能评价方法。也对今后考虑碳纤维在线涂装随车身过烘干炉以及实现与金属车身的粘接提供了一些借鉴思路。     

混凝土桥梁振弦传感器应力测试温度影响性分析

为消除温度对混凝土桥梁应力测试的影响,对埋入混凝土试件、静定桥梁结构中及自由状态下的传感器进行了温度、应变长期测试,研究两者之间的关系,给出埋入式振弦式传感器测试应变的温度影响性系数。研究结果表明,随全年温度变化,自由状态下的传感器测试应变变化较小,基本在(-8~0)×10-6之间,影响系数基本为-0.3×10-6/℃;埋入试件及静定桥梁结构中传感器测试应变变化较大,随温度升高,应力传感器实测压应变显著增大,最大可达-166×10-6,全年平均温度影响系数为-4.3×10-6/℃,对结构应力测试结果影响较大,应予以修正。     

钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接静力学性能研究

对钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接进行静力学性能研究。先对相同试件宽度及连接端距下的2种不同料厚组合的钢板与三维编织碳纤板盲端拉铆连接试件进行静力学试验,而后对同一料厚组合不同试件宽度W及连接端距E下的盲端拉铆连接组合进行静力学试验,以研究钢板与碳纤复合材料盲端拉铆连接的静力学性能、失效模式以及试件宽度、连接端距对其静力学性能的影响。研究表明：采用盲端拉铆钉连接钢板与碳纤板可获得较好的力学性能;碳纤板与钢板盲端拉铆连接组合的失效模式及连接最大破坏载荷与三维编织碳纤板切割方向相关;试件宽度及连接端距对连接的失效模式及最大破坏载荷均有影响。     

钢桥面铺装修复界面疲劳特性试验

为研究钢桥面沥青铺装坑槽病害修复界面的疲劳性能,定量评价病害修复界面的修复效果,采用改进的Overlay Tester试验方法进行钢桥面铺装材料疲劳断裂试验。选取完好的Overlay Tester试件、含有初始裂缝的Overlay Tester试件和切割后进行黏接的Overlay Tester试件3种状态,分别采用传统的评价标准（荷载降低93%）、特定周期数和荷载降低75%三个评价标准进行分析,试验过程中采用高清视频记录裂缝扩展过程。建立基于荷载-周期曲线的疲劳方程,分析了疲劳破坏特征及裂缝扩展过程,提出了裂缝扩展速率、疲劳断裂能和裂缝完全贯穿时的周期3个量化评价指标。研究结果表明：不同状态下Overlay Tester试件的荷载-周期均呈幂函数关系;修复界面疲劳断裂过程复杂,微观层面的集料形状对裂缝扩展的路径有显著影响;考虑疲劳过程的疲劳断裂能和裂缝完全贯穿时的周期2个指标修复效果小于表征单次加载断裂的裂缝扩展速率计算的修复效果,更符合实际工程应用效果。     

钢-UHPC组合结构中PBL剪力键力学性能研究

为探究钢-UHPC组合结构与普通钢-混组合结构中PBL剪力键力学性能的差异性,通过推出试验和有限元分析相结合的方法对其展开详细研究。首先,对9个UHPC试件和9个普通混凝土试件进行推出试验,根据2种混凝土试件中PBL剪力键的破坏形态、荷载-滑移曲线及应变分布规律揭示其失效机制及力学性能的差异,分析贯穿钢筋直径和钢板开孔数对PBL剪力键力学性能的影响;然后,采用试验结果验证的有限元模型开展参数分析,详细探讨UHPC强度、钢板开孔孔径、贯穿钢筋屈服强度和钢板厚度对PBL剪力键极限抗剪承载力的影响;最后,基于试验和有限元分析结果,提出考虑钢纤维的PBL剪力键极限抗剪承载力计算公式。结果表明：受钢纤维的影响,UHPC的裂缝发展受到限制,且较普通混凝土裂缝数量少、宽度小;UHPC试件中贯穿钢筋发生明显屈服,以剪切破坏为主;单孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径,而受混凝土强度影响较小;多孔PBL剪力键的极限抗剪承载力主要取决于贯穿钢筋直径和混凝土强度;与普通混凝土试件相比,UHPC试件的抗剪刚度提升了2～3倍,双孔剪力键极限抗剪承载力约提高41%,三孔约提高56%;钢板开孔孔径、...     

碳纤维智能层及其场域诊断

针对重大混凝土结构损伤信息捕捉的完备性,研制碳纤维智能层并提出场域诊断方法。基于碳纤维智能层的功能特性与可覆盖性,将被测结构的力场转换为易于检测的电场,在贴有碳纤维智能层的被测结构中建立一个应变或损伤的敏感场;通过研究碳纤维智能层力、电、热等多场耦合机理,提出服役结构的静态损伤场域诊断方法。最后,展望了水泥基碳纤维智能材料的工程应用及其发展前景。     

配置PBL剪力键钢-UHPC组合桥面板纵向受拉性能的试验及分析

为明确剪力键类型对钢-超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)组合桥面板负弯矩区纵向受力性能的影响,设计制作了2个钢-UHPC组合桥面板局部足尺模型试件并对其进行了受拉静载试验。利用有限元软件ABAQUS对受拉试验进行有限元分析,用经试验验证的有限元模型,探讨了开孔钢板厚度、PBL剪力键数量和配筋率对组合板纵向受力性能的影响。结果表明：采用PBL键的组合板钢,UHPC层之间无明显滑移;相比配置栓钉的组合板试件,配置PBL剪力键的组合板试件抗裂性能略有提高,但试件开裂后的刚度显著提升,初裂强度提高3.6%,裂缝宽度0.05 mm时的名义抗拉强度增加了3.3%,开裂后的刚度可提高52.7%;钢-UHPC组合桥面板纵向受力性能主要受配筋率的影响,PBL剪力键间距和开孔钢板厚度的影响较小。     

钢-混凝土结合段钢梁端面局部承压效应研究

为探究钢-混凝土结合段钢梁端面局部承压效应，在总结境内外相关模型试验、数值模拟和理论研究的基础上，开展了结合段钢梁端面承压的试验研究及有限元分析。研究结果表明：试验试件在最终破坏形态上表现为结合段混凝土与钢结构脱离，正面钢板端部下方破坏时混凝土大块剥落且裂缝呈“八”字型分布，侧面钢板靠近钢板端面呈斜裂缝且裂缝沿着底面发展，符合局部承压破坏特征；根据试验所得荷载～滑移曲线可将加载过程分为线弹性阶段、裂缝发展阶段、屈服阶段，从开始加载到试件破坏，试件裂缝发展的同时伴随着钢梁与混凝土脱离，滑移量的增加，试件刚度的降低；试件极限滑移超过10 mm,呈现延性破坏特征；数值模拟结果表明，钢梁段整体沿加载方向均为压应力，但内部钢梁端面接触区域的混凝土处于更加理想的三向约束状态，其极限压应力在整个加载过程中均远大于混凝土表面钢梁端面压应力；换算至钢梁端面极限平均压应力可以达52.9 MPa,传力效果显著。     

中空超高性能混凝土短柱轴心受压试验研究

为研究不同壁厚的中空超高性能混凝土(UHPC)短柱在轴向压力下的变形和承载能力,制作4组不同壁厚的中空UHPC短柱试件,进行轴心受压试验,研究壁厚对试件裂缝发展、竖向变形、横向变形及承载力的影响。结果表明:初始裂缝均出现在荷载达到极限承载力的70%后,裂缝随荷载的增加发展不明显,破坏瞬间迅速开展;试件破坏前基本处于弹性阶段,纵向应变随荷载增加线性增大;壁厚较小时,试件存在端部破坏和板壁屈曲的现象;随着壁厚增大,试件的端部破坏和板壁屈曲情况得到改善;试件的宽厚比5时,承载力试验值和计算值吻合较好,宽厚比≥5时,计算承载力时应考虑0.8的修正系数。     

聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁受弯性能研究

为研究聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁的受弯性能,对6根矩形截面梁进行了集中荷载作用下试验研究。对比分析了聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁的受弯承载力、正常使用阶段的裂缝宽度。研究表明:聚丙烯纤维增强的高强钢筋混凝土梁的受力性能与普通钢筋混凝土梁相同,其裂缝宽度、受弯承载力均可以按照现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中相关公式计算。掺入聚丙烯纤维可以减小裂缝间距和裂缝宽度,以满足裂缝宽度限值的要求;同时还可以提高试件的抗裂能力。     

导电沥青混凝土的桥面铺装开裂预警技术研究

沥青混凝土桥面铺装层在低温条件下极易产生开裂,空气中水分、灰尘等通过裂缝深入到桥面板与铺装层中间,会进一步造成层间滑移、水损坏。为及时对沥青混凝土桥面铺装的低温开裂病害进行预警,降低后期维修养护费用,采用碳纤维、石墨制备了复合导电沥青混凝土,并通过间接拉伸蠕变试验研究了其变形发展与电阻率的变化关系,根据曲线特点利用多项式拟合获得了不同蠕变阶段其力-电机敏特性。结果表明:碳纤维-石墨导电沥青混凝土电阻率与应变在不同阶段分别呈现出二次非线性、线性相关关系。同时,结合实体工程设计了分布式光纤传感器布设方案与施工流程,即在桥面铺装层间布设分布式光纤,上面层铺筑碳纤维-石墨导电混凝土,形成一种新型桥面铺装结构,为沥青混凝土桥面铺装低温开裂预警提供了一种全新的思路。     

混凝土中掺入碳纤维对其抗压强度影响的研究

根据测试混凝土抗压强度实验中混凝土试件裂缝开展的过程,通过在混凝土试件中掺入适量碳纤维,利用碳纤维的高抗拉强度来有效限制其裂缝的开展,进而提高混凝土试件的抗压强度。本实验则以此为依据,通过在素混凝土标准试件中掺入不同长度但重量相同的碳纤维,分别实验并测试其抗压强度并进行比较,发现掺入碳纤维的长度过长并不利于提高抗压强度,本文就此进行探讨并得出一些有用的结论,供将来进行碳纤维混凝土研究并作参考。     

海水冻融腐蚀耦合环境下钢筋混凝土梁疲劳试验研究

我国北方沿海地区公路桥梁受海水侵蚀和冻融作用明显,缩短了钢筋混凝土结构寿命。为研究这一问题,在分析这类地区工程地质环境的基础上,利用自研的冻融腐蚀培养装置和循环载荷装置开展了上限荷载0.15P~0.40P(P为试件极限荷载)、循环荷载5~30万次与冻融腐蚀相耦合条件下钢筋混凝土梁的疲劳试验,通过监测不同疲劳侵蚀龄期试件的挠度、应力应变和承载力值,揭示其疲劳劣化过程机理。研究结果表明:首先,海水环境中Cl~-含量高达19 000 mg/L,SO4~(2-)离子含量高达2 500 mg/L,对钢筋混凝土结构具有分解性和膨胀性腐蚀作用;其次,试件裂缝宽度与上限载荷、循环次数均成正相关关系,但循环荷载达到一定次数后不再扩展;最后,本文发现疲劳荷载小于0.25P时,试件性能基本不变,受冻融腐蚀后其相应荷载降低至0.20P,试验完成后其屈服荷载和极限荷载平均降低了约23.8%和10.5%,说明海水冻融腐蚀对钢筋混凝土构件劣化作用明显。     

活性粉末混凝土板裂缝宽度计算方法试验研究

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种具有高强度、高韧性和高耐久性等优良性能的水泥基复合材料,具有广阔的应用前景。本文通过对20块RPC加筋板试件的抗弯试验,研究了钢筋保护层厚度和配筋率对RPC加筋板裂缝宽度的影响,结果表明随着保护层厚度的增加,加筋板的缝宽有明显增加,提高钢筋配筋率能有效约束裂缝的发展。依据普通钢筋混凝土裂缝宽度的算法,通过拟合得到了钢筋应变不均匀系数和钢筋应力的公式,同时考虑了裂缝宽度修正系数,结合试验数据建立了活性粉末混凝土板裂缝宽度计算公式,可为RPC受弯构件的设计提供参考。