考虑荷载影响的桥梁混凝土结构耐久性设计

为更好地指导海洋环境混凝土结构耐久性使用寿命设计,采用试验研究弯拉荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响,结合菲克第二定律提出考虑荷载影响的桥梁混凝土结构耐久性设计方法.研究结果表明,承受弯拉荷载与不承受荷载试件扩散系数控制指标的比值Dη/D0与应力水平η成指数关系.针对国内某大桥初步设计确定的典型构件及所处环境参数等,引入弯拉荷载对混凝土氯离子扩散系数的影响,建立了“设计使用寿命-氯离子扩散系数控制指标”间的对应关系,给出了达到设计使用寿命要求的28 d氯离子扩散系数控制指标.     

弯曲荷载作用下水位变动区域混凝土中氯离子扩散规律试验

为了明确氯离子在水位变动区域混凝土中的扩散特性,研究了干湿交替条件和弯曲荷载共同作用下氯离子在混凝土中的扩散规律。试验过程中考虑3个试验因素:混凝土强度等级、弯曲荷载水平、应力性质。试验结果表明:随着混凝土强度等级的提高,氯离子扩散性能降低;随着荷载水平的提高,受拉区混凝土抗氯离子侵蚀的能力降低,受压区混凝土抗氯离子侵蚀的能力有所提高;受拉区混凝土抗氯离子侵蚀能力明显低于受压区;无论承受受压荷载还是受拉荷载,随着时间的延长,氯离子在混凝土中的扩散系数均逐渐降低。     

渗透结晶型混凝土裂缝自修复材料试验研究

将渗透结晶型混凝土裂缝自修复材料掺入混凝土中,通过预留裂缝混凝土抗压强度试验和混凝土抗渗压力试验对其自修复性能进行研究。试验结果表明：该材料能提高预留裂缝混凝土的抗压强度,能大大提高混凝土的二次抗渗压力,养护28 d的抗压强度提高11.7%,二次抗渗压力提高100%;56 d的抗压强度提高21.9%,二次抗渗压力提高150%,同时能有效修复混凝土内部微裂缝,具有良好的自修复性能。最后,结合XRD和SEM分析手段对渗透结晶型裂缝自修复材料的机制进行分析和讨论,该材料的拥有络合、渗透及结晶自修复制机。     

弯曲荷载作用下钢纤维聚合物混凝土疲劳寿命

通过三点弯曲疲劳试验测试得到了应力水平为0.4,0.5,0.6时90 d龄期普通混凝土和钢纤维聚合物混凝土弯曲疲劳寿命,通过压汞试验试得到了同龄期混凝土的微观孔结构特征参数及孔径分布,分析了钢纤维和聚合物乳液对混凝土疲劳性能的影响规律及作用机理。分析结果表明,循环荷载作用下普通混凝土和钢纤维聚合物混凝土的疲劳寿命符合两参数威布尔分布,相同应力水平下钢纤维聚合物混凝土的疲劳寿命远高于普通混凝土,并建立了失效概率为0.5时混凝土的双对数疲劳方程。弯曲疲劳荷载作用下钢纤维对混凝土疲劳性能改善的机理在于纤维拔出过程中能量耗散,纤维细化了混凝土特征孔隙尺寸,使有害孔隙减少、无害孔隙增加;聚合物乳液对混凝土疲劳性能改善的机理在于增强了钢纤维-水泥石界面黏结性能。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土结构力学性能研究综述

为改善钢管混凝土套箍效应和节点传力可靠性问题,提出PBL加劲型矩形钢管混凝土结构,从管壁局部屈曲力学性能、构件力学性能、界面力学性能和节点力学性能4个方面,对已有研究成果进行总结,并与传统的钢管混凝土结构进行对比,综述了不同结构的宽厚比限值、轴压强度、轴压稳定、抗弯性能、压弯性能、剪切-滑移本构关系、节点传力长度、疲劳荷载作用下钢-混界面黏结性能、节点静力性能和节点疲劳性能,系统地阐述了PBL加劲型矩形钢管混凝土结构的力学性能优势。结果表明:在轴压和压弯荷载作用下,由于混凝土的支撑作用,以及PBL纵肋的加劲和连接作用,钢管的宽厚比限值相比矩形钢管混凝土结构提高到2倍以上;PBL加劲型矩形钢管混凝土构件轴压承载力相比矩形钢管混凝土有所提高,同时,PBL纵肋保证了构件的完全黏结,组合作用得到发挥,结构的轴压和抗弯刚度也得到提高;PBL加劲肋孔中的混凝土榫提供了较大的抗剪承载力,界面强度相比矩形钢管混凝土提高2倍以上,剪切模量提高3倍以上,有效缩短了节点传力长度,且疲劳荷载作用下,界面性能更可靠;管内PBL纵肋的抗拔作用,可有效限制节点部位主管表面弯曲变形,使节点刚度和承载力得到提高,焊趾位置热点应力集中系数明显减小,疲劳性能得到改善。     

环境与荷载耦合作用下混凝土结构耐久性劣化规律

结合通明海跨海大桥主梁、主塔等典型结构应力水平,对不同应力水平的典型构件进行环境与荷载耦合试验.研究在环境与荷载耦合作用下混凝土结构耐久性劣化规律,同时分析了荷载对混凝土氯离子扩散性能的影响机理,提出荷载对氯离子扩散系数的影响规律.     

石灰石粉用于混凝土掺合料的试验研究

通过分析石灰石粉用于掺合料对混凝土工作性能、力学性能和抗氯离子渗透性能的影响,结果表明,石灰石粉单掺时,对混凝土工作性能有明显的改善作用;对立方体抗压强度、弹性模量和抗氯离子渗透性能均有不利影响,且掺量越大,不利影响越大;石灰石粉与矿粉或粉煤灰复掺后混凝土的工作性能与单掺时相当,但力学性能和抗氯离子渗透性能均优于单掺。     

压应力作用下混凝土中氯离子侵蚀性能研究

为系统研究氯盐环境中压应力作用下混凝土的耐久性,设计了1组预应力混凝土构件,分别施加0%、10%、25%、50%、75%、90%混凝土抗压强度设计值的压应力。通过测量不同压应力水平试件的动弹性模量,得出了不同压应力水平下混凝土损伤度的变化规律;同时对压应力作用下混凝土中的氯离子侵蚀试验结果进行横向对比,提出用应力影响系数来反映压应力对氯离子侵蚀速率的影响程度;然后通过不同水平压应力作用下混凝土的力学损伤和应力影响系数变化规律的比较分析,给出了实用、完整的应力影响系数三段式计算方法,并建立了基于损伤变量的应力影响系数表达式。结果表明:不同水平压应力作用下混凝土应力影响系数与以动弹性模量表征的损伤度变化曲线都为二次抛物线,存在相同的压应力临界值,对于普通混凝土,其值约为立方体抗压强度标准值的25%,从简考虑,对水灰比在0.35~0.55的混凝土可取10 MPa;压应力作用导致的力学损伤是改变混凝土中氯离子侵蚀性能的直接原因,不同水平压应力作用下,应力影响系数与以动弹性模量表征的损伤变量能同步变化。     

高强混凝土中氯离子扩散性能试验研究

采用室内试验,以厦门海底隧道衬砌结构C45高强混凝土为例,对氯离子在高强混凝土中扩散性能进行了综合研究,研究结论可作为混凝土耐久性及同类研究借鉴.结果表明,扩散时间对混凝土内部氯离子浓度有较强的积累效应;环境氯离子浓度高低对氯离子向混凝土内部扩散有促进或减缓作用;较小的拉、压应力对氯离子的扩散性态影响不明显;随着混凝土龄期的增长,自由氯离子占总氯离子含量的比例逐渐增加.     

基于灰色系统理论的掺钢渣粉C40混凝土性能研究

为提高钢渣再生利用率,将其磨细成粉并替代部分水泥用于C40道路混凝土中。研究不同钢渣粉替代量对C40混凝土力学性能及28d抗渗性能的影响规律,采用灰色系统理论分析钢渣粉掺量与混凝土各项性能之间的相关性;同时借助压汞试验和直接法,探讨钢渣粉对C40混凝土各项性能的微观影响机理。研究结果表明,钢渣粉的掺入降低了C40混凝土的早期强度,但合适掺量的钢渣粉可提高混凝土28d抗压、抗弯拉强度与抗渗性能;钢渣粉掺量与C40混凝土各项性能之间有较好的关联性,与7d抗压强度和28d电通量呈负相关,与28d抗压、抗弯拉强度呈正相关。钢渣粉通过改善混凝土的孔结构、降低其水化热对其宏观性能进行影响。     

复合胶凝材料体系对海工混凝土抗氯离子渗透性及抗压强度的影响

通过调整胶凝材料中矿物掺合料的种类、掺量,研究了单掺矿粉、粉煤灰及复掺上述两种矿料对海工混凝土抗氯离子渗透性及抗压强度的影响。研究表明,与纯水泥混凝土相比,单掺矿粉、粉煤灰均会降低混凝土7d抗压强度,且强度与掺量成反比关系;单掺矿粉对混凝土28d强度无明显影响,且会增强28d混凝土抗氯离子的渗透性能,掺量达35%后增强效果不明显;混凝土性能对粉煤灰极为敏感,当掺入50%粉煤灰时,28d强度下降37%,氯离子扩散系数为纯水泥混凝土的4.4倍。     

空心钢管混凝土轴压短柱力学性能分析

为深入认识空心率对空心钢管混凝土轴压短柱工作性能的影响,对在轴压下空心钢管混凝土短柱的荷载-变形曲线、不同空心率的空心钢管混凝土短柱的混凝土纵向应力、钢管横向应力与纵向应力的变化采用有限元法进行分析。结果表明:随着空心率的减小,钢管的环向应力增大,核心混凝土的纵向应力增大。钢管对核心混凝土的套箍作用减弱,钢管屈服后纵向应力降低速率增大、环向应力增加速率加快。最后在极限平衡理论的基础上,建立在轴压状态下空心钢管混凝土轴压短柱承载力计算公式,与有限元计算结果相比较,该公式计算结果与之吻合度较好。与试验结果相比,公式与有限元的计算结果都更安全。     

长期荷载作用对FRP约束混凝土轴心受压构件力学性能的影响

进行了12个FRP约束混凝土轴心受压短试件在长期荷载作用下的变形性能以及长期荷载作用后构件承载力的试验研究。基于ACI(1992)方法,提出一种适合于长期荷载作用下FRP约束混凝土轴心受压短构件变形的计算方法,理论结果和试验结果基本吻合。最后,分析了加载龄期和持荷时间、轴压比、含FRP率、FRP和混凝土强度等因素对长期荷载作用下FRP约束混凝土轴压构件变形性能的影响规律。     

荷载作用下路面混凝土的抗折性能研究

文中研究了25%,50%,75%应力水平荷载疲劳作用不同次数下路面混凝土抗折强度的变化规律,同时对其作用下路面混凝土的疲劳寿命进行了研究。结果表明,25%应力水平荷载疲劳作用对路面混凝土的抗折强度基本没有影响。50%,75%应力水平荷载疲劳作用随着应力水平的提高和疲劳作用次数的增多其对路面混凝土抗折强度的影响也越大。荷载应力水平越高路面混凝土的疲劳寿命越短。     

受“渗流-应力场”及SO2-4-Cl-作用后高性能混凝土性能研究

为揭示地下高性能混凝土性能劣化规律,针对地下结构中高性能混凝土所处环境特点,通过试验模拟“渗流-应力场”及硫酸盐、氯盐的共同作用,检测腐蚀后混凝土的承载力并分析腐蚀后混凝土中的腐蚀产物。结果表明： 1)荷载单独变化时,荷载越大混凝土腐蚀越明显; 2)水压单独变化时,水头差越大混凝土腐蚀程度越严重; 3)水头差对混凝土抗压性能的影响要高于荷载,但荷载和水头差越大,两者差距将逐渐缩小; 4)荷载和水头差同时作用下的混凝土受侵蚀情况更加严重,两者共同作用比单一因素作用后混凝土承载力减少更多。微观测试和分析表明,荷载和水头差作用会加快混凝土内腐蚀产物的生成,水头差对混凝土抗压性能的影响要略高于荷载,与混凝土强度测试分析结果一致。     

核心混凝土性能对钢管混凝土稳定系数的影响研究

通过对钢管普通混凝土长柱和钢管轻集料混凝土中长柱的轴压试验结果的比较,结合对普通混凝土和轻集料混凝土的本构关系曲线的分析,研究了核心混凝土性能对钢管混凝土轴压中长柱稳定系数的影响。研究结果表明,在长细比相同的情况下,钢管混凝土轴压中长柱的稳定系数与核心混凝土的峰值应力无关,而取决于核心混凝土的峰值应变。核心混凝土的峰值应变越大,钢管混凝土中长柱的稳定系数越大。     

环境因素对温拌SBS改性沥青混凝土拉伸性能的影响

为探究环境因素对温拌SBS改性沥青混凝土拉伸性能的影响,通过开展不同水环境(无水和浸水)、温度条件(5,15,30,40,50℃)下的间接拉伸强度试验和不同水环境、应力水平(0. 4,0. 5,0. 6,0. 7)下的间接拉伸疲劳试验,对比分析了水、温度和荷载应力对AC-20温拌SBS改性沥青混凝土拉伸性能的影响。结果表明,随着温度升高,劈裂强度显著下降。与无水条件相比,浸水会削弱劈裂强度和间接拉伸疲劳性能。随着荷载应力的增大,疲劳寿命急剧降低。高荷载应力和浸水会严重缩短AC-20温拌SBS改性沥青混凝土的疲劳寿命。     

高抗折强度路面混凝土疲劳性能研究

通过室内试验研究了不同种类高抗折强度路面混凝土的疲劳性能,并在相同应力水平以及相同荷载作用下与不同类型混凝土的疲劳性能进行了对比分析。结果表明：高抗折强度路面混凝土疲劳性能明显优于普通路面混凝土和高性能路面混凝土：加入掺合料后进一步改善了高抗折强度路面混凝土的疲劳性能.延长了使用寿命。     

热养护对矿物掺合料混凝土抗氯离子渗透性能及孔结构的影响研究

为研究热养护对矿物掺合料混凝土强度、耐久性的影响,文中通过对热养护下矿物掺合料高性能混凝土进行氯离子渗透试验和微观试验,研究热养护对矿物掺合料高性能混凝土抗氯离子渗透性能及孔结构的影响。结果表明,相较于标准养护,热养护在一定条件下能快速激发矿物掺合料活性,提升矿物掺合料高性能混凝土抗氯离子渗透性能,但过高的热养温度和过长的热养时间会使混凝土热损伤增大,增加孔隙率,导致抗氯离子渗透性能变差。80℃热养9 h后转标养28 d的混凝土电通量值为50℃的62%,72 h后为50℃的2.05倍。补充养护采用Ca(OH)₂饱和水溶液养护方式,对热养混凝土的抗氯离子渗透性能和孔径分布有一定的改善,但当热养温度过高时,补充养护的改善作用不明显。     

受“渗流-应力场”及SO_4~(2-)-Cl~-作用后高性能混凝土性能研究

为揭示地下高性能混凝土性能劣化规律,针对地下结构中高性能混凝土所处环境特点,通过试验模拟"渗流-应力场"及硫酸盐、氯盐的共同作用,检测腐蚀后混凝土的承载力并分析腐蚀后混凝土中的腐蚀产物。结果表明:1)荷载单独变化时,荷载越大混凝土腐蚀越明显;2)水压单独变化时,水头差越大混凝土腐蚀程度越严重;3)水头差对混凝土抗压性能的影响要高于荷载,但荷载和水头差越大,两者差距将逐渐缩小;4)荷载和水头差同时作用下的混凝土受侵蚀情况更加严重,两者共同作用比单一因素作用后混凝土承载力减少更多。微观测试和分析表明,荷载和水头差作用会加快混凝土内腐蚀产物的生成,水头差对混凝土抗压性能的影响要略高于荷载,与混凝土强度测试分析结果一致。