钢管纤维混凝土的体积稳定性与力学性能研究

制备了包裹性好、流动性佳、自密实的钢纤维微膨胀混凝土,研究了其抗压、抗折、劈裂抗拉等力学性能;采用自主研制的钢管混凝土限制膨胀率测定仪,研究了在钢纤维与钢管双重约束下微膨胀混凝土的体积变形规律;制作了12根钢管混凝土短柱,测试了钢纤维与膨胀剂复合对其承载力的影响。结果表明:掺钢纤维对微膨胀混凝土的劈裂抗拉与抗折强度提高显著,分别为78%与64.7%,对其抗压强度提高不明显;膨胀剂掺量40kg、钢纤维体积掺量不超过1%时,钢纤维微膨胀钢管混凝土可产生稳定的膨胀变形;钢纤维与膨胀剂复合能使钢管混凝土试件的屈服与极限荷载分别提高7%与8%。     

矩形钢管钢纤维混凝土组合柱轴压承载力有限元分析

为探明钢纤维混凝土(SFRC)强度、钢纤维体积掺量、钢材强度和长径比等对矩形钢管SFRC组合柱轴压承载力的影响规律，根据正交试验设计32根柱，开展非线性有限元分析，得到荷载位移关系曲线。研究表明：矩形钢管SFRC轴压柱承载力受钢材强度、SFRC强度和钢纤维体积掺量影响显著，其中与钢纤维体积掺量呈近似直线变化，随着钢材强度增加承载力增速有所放缓。提出了矩形钢管SFRC轴压柱的承载力计算式，与相关文献试验值吻合良好。     

钢管微膨胀混凝土轴压短柱长期变形研究

针对钢管混凝土拱桥中普遍采用的钢管微膨胀高性能混凝土,考虑轴压比、加载龄期等因素的影响,进行了圆钢管微膨胀混凝土轴心受压短柱的长期变形试验研究。采用逐步积分法,将5种不同混凝土收缩、徐变模型进行适当修正,应用于钢管微膨胀混凝土轴心受压短柱的长期变形分析,并将分析结果与试验结果进行对比。分析了含钢率、加载龄期、持荷时间、混凝土强度等因素对钢管微膨胀混凝土构件长期静力性能的影响。研究结果表明:修正后的EC2,MC90及AFREM模型在分析加载龄期不超过28d的钢管微膨胀混凝土构件在轴向荷载作用下的长期变形性能时具有较高的精度;核心混凝土时效作用对钢管微膨胀混凝土构件长期静力响应的影响显著。     

自预应力钢管混凝土受压构件极限承载力的计算

采用在管内核心混凝土中添加膨胀剂使其发生体积膨胀的方法,改善了钢管混凝土特性,提高了钢管混凝土构件的极限承载力。以巫峡长江大桥"化学自预应力钢管砼在桥梁上的应用研究"课题试验成果为基础,针对自预应力钢管混凝土与普通钢管混凝土的区别仅在核心混凝土应力状态不同的特点,建立了混凝土的等效轴心抗压设计强度概念,导出了试件混凝土等效轴心抗压设计强度与膨胀剂掺量(膨胀量)的函数关系,为解决化学自预应力钢管混凝土受压试件极限承载力的计算提供了一种可行和有效的方法,为该种构件的应用和后续研究工作奠定了基础。     

反复荷载作用下钢管混凝土轴压承载力退化模式研究

为探讨钢管混凝土构件受压屈服后再次受荷时的承载力变化规律,以含钢率、套箍系数、核心混凝土中钢纤维掺量与反复加载次数为参数,对12根钢管混凝土短柱进行了反复轴压试验。结果表明:钢管混凝土短柱受压屈服后,如管壁出现开裂,再次承受荷载时其承载力下降显著。如管壁不出现开裂,截面含钢率高、套箍系数大时,构件承载力衰减缓慢,承载力损失较小;含钢率低、套箍系数较小时,承载力则先出现较大衰减,达到最小值后有小幅回升,承载力损失较大; 5次反复加载,试件承载力均保持在初始承载力的60%以上。     

初始缺陷对钢管混凝土混合柱高墩极限承载力的影响研究

施工误差、材料性能不均匀等因素必然导致钢管混凝土混合柱高墩存在一定的初始缺陷。文中以四川干海子特大桥为工程背景,运用一致缺陷和改进随机缺陷理论,考虑材料非线性、几何非线性,对钢管混凝土混合柱高墩进行极限承载力分析,得到其极限承载力特征参数,进而研究初始缺陷对钢管混凝土混合柱高墩极限承载力的影响,并采用随机有限元法对初始材料缺陷进行极限承载力敏感性分析。结果表明,钢管混凝土混合柱高墩属于缺陷敏感结构,对于干海子特大桥110 m钢管混凝土混合柱桥墩,初始缺陷限值按现有规范取值风险较大,其初始缺陷限值建议取墩高的1/2 000;与一致缺陷模态法相比,结构初始缺陷值控制在较小范围内时,采用随机缺陷模态法计算所得钢管混凝土混合柱高墩的极限承载力偏小;沿墩高方向缺陷对结构极限承载力的灵敏度变化较大,呈现下部结构大于上部结构、两端大于中间的规律;干海子特大桥110 m钢管混凝土混合柱桥墩对顺桥向缺陷最敏感;钢管混凝土混合柱高墩材料缺陷对极限承载力的敏感性从大到小依次为纵向连接杆件外径、纵向连接杆件钢管壁厚、核心混凝土弹性模量、柱肢杆件外径、核心混凝土密度、钢材密度、柱肢杆件钢管壁厚。     

不同配箍率和钢纤维掺量UHPC柱抗震性能试验

为明确超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）柱中配箍率和钢纤维掺量对抗震性能的影响,对不同配箍率（0%、0.25%和0.5%）与钢纤维体积掺量（0%、1%和2%）的5根超高性能混凝土足尺柱试件进行了抗震性能试验研究,分析了配箍率和钢纤维掺量对超高性能混凝土柱耗能能力、自复位能力、强度退化性能、刚度退化性能以及弯矩曲率关系的影响规律。基于对超高性能混凝土柱构件性能、箍筋应变以及等效侧向约束力的分析,提出钢纤维体积掺量与配箍率的等效计算公式。研究结果表明：①配箍率对正截面破坏超高性能混凝土柱的延性、耗能能力以及自复位能力均有影响,当配箍率从0%提高到0.5%时,柱试件的延性系数提高15%,耗能能力提高55%,自复位能力提高32%;②钢纤维体积掺量对超高性能混凝土柱破坏形态的影响显著,随着钢纤维体积掺量的增加,混凝土的压碎剥落现象得到明显改善,延缓了受压钢筋屈曲现象的发生,从而提高了柱的延性,当钢纤维体积掺量从0%提高到2%时,柱试件的延性系数提高45%,耗能能力提高142%,自复位能力提高42%;③对于正截面破坏的受压构件而言,采用钢纤维代替箍筋具有一定的可行性。对于所研究的超高性能混凝土柱而言,2%的钢纤维体积掺量可等效于0.51%的配箍率。     

横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴压力学性能

横肋波纹板-方钢管(CPST)约束混凝土柱是由横肋波纹板与四角钢管焊接而成,并在腔内浇注混凝土形成的横肋波纹板约束核心混凝土、方钢管与混凝土共同承担轴向荷载构件。为了研究横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱的轴压性能,开展了3根横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱轴心受压试验。由于横肋波纹板具有较高的侧向刚度,核心混凝土能够得到较好的约束,但波纹板基本不承担轴向荷载,试件最终的破坏形式依次为方钢管局部屈曲、横肋波纹板向外鼓曲、方钢管内混凝土及核心混凝土均被压碎。在此基础上,利用ABAQUS分析了6类关键参数:混凝土的强度、正方形钢管/横肋波纹板的壁厚和抗压强度、钢管的截面尺寸。研究结果表明:如果提高混凝土强度,则抗压承载力提高,而延性降低;方钢管的厚度增加对柱的承载力和延性均有提升;方钢管的强度变高,承载力也随之提高;如果增加横肋波纹板的厚度,则承载力、延性都提高;横肋波纹板强度的变化对承载力影响不大,对延性有所提升;随着方钢管外截面尺寸变大,承载力呈现出提高的趋势。最后,基于Mander等提出的约束混凝土抗压承载力计算公式,通过引入综合影响变量,提出了计算横肋波纹板-方钢管约束混凝土短柱抗压强度的公式,期望为工程实践提供指引。     

基于HCSA的膨胀混凝土制备及其在微膨胀自密实钢管柱混凝土的应用研究

钢管柱混凝土与普通混凝土墩柱相比较而言,钢管对混凝土的环向约束作用以及钢管和混凝土材料共同受力,能够显著提高结构力学性能,在大跨度桥梁和超高层结构中得到很好应用。对于钢管柱混凝土,如何提高柱内混凝土密实度,增大有效截面面积是钢管柱混凝土浇筑的关键问题。从自密实钢管混凝土膨胀剂的角度出发,研究了不同HCSA掺量下C50微膨胀自密实钢管混凝土的抗压特性和收缩特性,认为当HCSA掺量为8%时,钢管混凝土抗压性能提高最大,且混凝土收缩也接近最小。在某桥梁工程实际应用中检验了HCSA微膨胀剂的膨胀作用,工程应用达到预期效果。     

圆钢管混凝土轴压中长柱的承载力

首先应用模型柱法,对钢管混凝土轴压中长柱荷载-变形关系进行全过程分析,得到了钢管混凝土轴压中长柱承载力的数值解法;其次,根据切线模量法推导了钢管混凝土轴压中长柱稳定承载力计算公式;再次,基于模型柱法,探讨了构件长细比、混凝土强度等级、含钢率和钢材屈服强度对钢管混凝土轴压中长柱承载力稳定系数的影响,并在修正切线模量法推导的计算公式的基础上,建立了钢管混凝土轴压中长柱承载力实用计算公式;最后将该公式计算结果与各国216根钢管混凝土轴压中长柱承载力有效试验结果进行了对比。结果表明:该承载力计算公式所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

无碱速凝剂对钢纤维混凝土强度影响的试验研究

在钢纤维喷射混凝土施工中,速凝剂应用越来越广泛。速凝剂的应用对钢纤维混凝土的早期和后期强度有较大的影响,本文按无碱速凝剂0%、3%、5%三种掺量来研究其对混凝土早期和后期钢纤维混凝土的抗压、劈裂抗拉强的影响。研究表明:无碱速凝剂对混凝土早期强度(24h)有较大提高,而中期强度增长速率较缓。     

钢管高强低热微膨胀混凝土自应力试验研究

介绍了15根钢管高强低热微膨胀混凝土自应力试验，研究了自应力产生，分布的特点与膨胀剂掺量的关系，为高强低热微膨胀混凝土的优化设计特别是膨胀的掺量设计提供了有力的依据。     

橡胶再生混凝土抗冻性能试验研究

对橡胶再生混凝土进行冬期施工研究,分析相同设计强度下普通混凝土和橡胶再生混凝土不同负温养护龄期下混凝土强度的发展。并且通过对比在使用相同防冻剂和掺量的两种混凝土强度发展,最终得出橡胶再生混凝土冬期施工时强度的发展规律和普通混凝土一致,因此在橡胶再生混凝土中可以使用防冻剂进行冬期施工。     

桥梁伸缩缝用钢纤维混凝土配合比设计参数影响分析

结合汕湛高速公路云浮至湛江段及支线施工的工程实践,针对伸缩缝锚固区钢纤维混凝土施工存在的混凝土开裂、强度不足、剥落等问题,配制不同砂率与不同纤维掺量、不同纤维长度的钢纤维混凝土,进行试验研究,分析了砂率和钢纤维掺量以及钢纤维长度对钢纤维混凝土抗压强度、坍落度的影响。结果表明:在该配合比材料下,伸缩缝用C50钢纤维混凝土配合比宜选取钢纤维掺量60 kg/m3和砂率48%组合,钢纤维的长度宜为30~40 mm,坍落度宜控制在140~180 mm之间。     

钢纤维对超高性能混凝土施工及力学性能的影响研究

为探讨不同钢纤维掺量、长径比及形状对超高性能混凝土的施工及力学性能的影响,首先通过室内试验设计并制备了10组不同钢纤维的超高性能混凝土试件,然后分别对各试件依次进行扩展度、抗压强度及抗折强度测试,得出以下结论:①随着钢纤维掺量的增大,超高性能混凝土的扩展度逐渐减小,抗压强度则逐渐增大,而抗折强度呈先增后减变化;②随着长径比的增大,超高性能混凝土的扩张度逐渐减小,抗压强度和抗折强度则逐渐增大;③钢纤维形状对超高性能混凝土的扩展度、抗折强度和抗折强度均有一定的影响。因此,在工程应用中需根据实际施工需求选择合适的钢纤维掺量、长径比及钢纤维形状。     

钢纤维对混凝土强度的影响分析

通过室内试验,研究了钢纤维掺量对混凝土28 d抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和折压比的影响。试验结果表明,在混凝土中加入钢纤维可以提高混凝土强度,改善混凝土弯曲韧性;但钢纤维掺量并不是越多越好,当钢纤维掺量为1.5%时混凝土的强度最大,弯曲韧性最优。     

刘家峡大桥桥塔钢管微膨胀混凝土施工技术

以刘家峡黄河大桥钢管微膨胀混凝土施工为依托,介绍了桥塔钢管微膨胀混凝土施工质量控制关键环节,通过现场试验确定微膨胀混凝土配合比参数和施工方案,制定并实施钢管混凝土在拌和、泵送、浇筑振捣、施工缝处置等过程中的控制要点,钢管微膨胀混凝土施工技术在刘家峡大桥的成功应用,标志着大直径钢管混凝土施工技术有了进一步的突破.     

轴心受压钢骨-钢管混凝土组合短柱力学性能研究

为适应建筑结构高耸、大跨的发展,提出了一种重载柱设计的新模式,即钢骨—钢管混凝土组合柱,该组合柱是在钢管混凝土内埋设钢骨。通过12根组合短柱的轴心受压试验,研究了钢骨—钢管混凝土组合短柱的力学性能,讨论了影响这种新型钢—混凝土组合柱性能的主要因素,包括混凝土强度、套箍指标和配骨指标等,给出了该种组合柱的承载力计算公式。研究结果表明:由于钢管、钢骨和混凝土的协同工作,该种组合柱不但具有很高的承载力,而且具有很好的延性,可大大提高建筑物的防倒塌能力;由所给组合柱承载力计算公式计算的结果与实测值吻合良好。     

560m大跨径钢管混凝土拱桥拱肋灌注技术及质量检测

大跨径钢管混凝土拱桥拱肋灌注时易出现脱空而影响拱桥质量与安全。为了保证钢管拱肋内混凝土施工质量，以广西平南三桥拱肋灌注施工为依托，配制符合设计与规范的自密实C70混凝土，结合有限元仿真对混凝土灌注技术过程进行了模拟，确定最佳施工方案，并利用无损检测技术对拱肋进行质量检测。结果表明：配制的微膨胀自密实C70混凝土28 d强度达到81MPa,含气量1.7%,扩展度良好，均符合规范要求；采用真空辅助技术与调载索辅助的分级灌注方案能使拱肋所受应力最大降低63%,保证桥梁在施工过程中的安全；拱肋灌注后经无损检测，结果表明无脱空、密实良好。     

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。