不同轴拉性能的超高性能混凝土圆环约束收缩性能

开展2种不同轴拉性能（高应变强化型和应变软化型）的超高性能混凝土（UHPC）的圆环约束收缩性能研究。首先对高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC进行单轴拉伸试验及声发射实时损伤定位试验，得到不同龄期时（2，7，28，80 d） UHPC的轴拉应力-应变曲线及其拉伸损伤演化机制。随后对2种UHPC进行圆环约束试验，得到UHPC内钢环的压缩应变-龄期曲线。最后基于高应变强化型UHPC及应变软化型UHPC的轴拉性能（应变强化与否）、抗拉强度发展规律及拉伸损伤演化机制，分析2种UHPC的圆环约束收缩机理。研究结果表明：高应变强化型UHPC的内钢环压缩应变-龄期曲线出现大量幅值小于10×10^-6的锯齿形波动，对应产生的微裂纹宽度小于0.01 mm，与裂缝测宽仪（精度为0.01 mm）在UHPC圆环试件上始终未检测到微裂纹的结论相一致；应变软化型UHPC的内钢环压缩应变随着龄期出现了4次较明显的瞬时突变（28×10^-6，53×10^-6，41×10^-6，18×10^-6），且裂缝测宽仪在UHPC表面检测到了4条微裂缝（0.035，0.050，0.040，0.020 mm），由于拉伸软化特性，后续在其他荷载作用下会导致裂缝持续扩展；高应变强化型UHPC的应变强化特性使其在约束状态下产生的拉应力以多点分布微裂纹（宽度小于0.01 mm）的形式逐步小幅释放，应变软化型UHPC在约束作用下产生的拉应力通过多缝开裂（宽度小于0.05 mm）的方式瞬时部分释放。     

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。     

UHPC用作高速公路桥梁预制构件拼接连接的研究与应用

基于深汕西改扩建TJ10标，研究了UHPC用作预制构件拼接连接时的力学性能、收缩率和耐久性，并成功用于工程实践。研究表明，所制备的UHPC在标养条件下即可达到目标强度；掺入钢纤维可改善UHPC水泥基体脆性，试件表现出延性破坏性质，极限抗拉强度与弹性段抗拉强度之比为1.85;钢筋达到屈服点时，UHPC试件滑动变形均未超过0.05 mm,钢筋握裹强度为14.53 MPa; UHPC早龄期干缩呈先增大后减小又增大的规律，矿物外加剂可补偿UHPC收缩；UHPC基体密实程度随水化龄期增加而不断提高，氯离子扩散系数随着龄期增加而降低，28 d氯离子扩散系数仅为0.1×10^-12 m²/s,抗侵蚀能力优良。UHPC用于现场桩接盖梁灌注工艺性拼接接头时，其施工性能和黏结性能均超过设计要求。     

不同含水率砼单轴压缩下声发射与分形维数试验研究

为研究水对砼破裂过程中声发射及分形规律的影响,选取养护30 d的C35砼,对干燥、自然、饱水条件下试件进行单轴压缩声发射试验,得到不同含水率下单轴压缩应力-应变曲线及声发射参数。结果表明,含水率的增加会使砼的塑性提高、强度降低;声发射参数可较好地反映岩石孔裂隙的产生过程,与岩石破坏过程中的内部细观结构演化规律具有直接关系;声发射计数随着含水率的增加呈下降趋势,水对岩样有软化、润滑作用,在裂纹产生过程中,水会削减剪切破坏、裂纹张开的激烈程度;不同含水率下试件的声发射计数的分形特征具有良好的相似性,其分形维数D呈现上升→突降→最大值→下降的特征。     

UHPC构件受拉性能的细观力学解析方法

超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）的受拉性能直接影响结构的抗裂性和耐久性,是结构设计中重要的力学指标之一。为研究UHPC构件在弯拉荷载作用下产生宏观裂缝前的受拉力学特性,以钢纤维与水泥基的协作受力特性为切入点,考虑钢纤维分布方向的随机性服从正态分布,建立了钢纤维受拉作用下的细观力学模型。该模型将钢纤维力作为由水泥基加载的被动力进行分析,在充分考虑水泥基材料特点的基础上,发展了UHPC构件受拉作用下宏观裂缝出现前弹性和拔出2个阶段的力学行为预测模型;开展了UHPC试件的纯弯曲试验,标定了材料受弯全过程中的关键力学指标,重点关注理论预测的弹性和拔出2个阶段的力学行为,并与预测模型计算结果进行对比;采用文献中钢纤维增强混凝土的试验结果进一步印证细观力学模型的适用性。理论分析及试验结果表明：建立的细观力学模型可准确描述出现宏观裂缝前受拉UHPC构件内部钢纤维的抗拉力学行为;预测模型计算的理论值与UHPC构件受拉作用下弹性和拔出2个阶段的力学指标试验结果吻合良好;常规钢纤维掺量的UHPC受拉性能由其内部钢纤维主导,理论计算时忽略受拉状态下水泥基对UHPC轴力的贡献不仅可以简化计算,而且可将其视为工程应用时的安全储备;建议的双折线拉伸本构中弹性与拔出2个阶段的极限应变分别为180×10^-6,1 042×10^-6。     

低配筋UHPC中空短柱轴心受压力学性能

为研究低配筋UHPC中空短柱在轴心受压下的极限承载能力及其影响因素，以UHPC材料特性研究为基础，设计并制作18根不同壁厚、不同箍筋间距的低配筋UHPC中空短柱，开展轴心受压破坏试验研究及理论研究。采用控制变量法对比分析宽厚比、箍筋间距对低配筋UHPC中空短柱的极限荷载、破坏形态、轴向和横向变形的影响。研究结果表明：所有UHPC中空短柱在达到极限承载能力的70%之前，力学性能接近线弹性变化，侧向变形较小，在0.5 mm之内；随着变形的增大，试件出现微小裂缝并伴有钢纤维拔出声，细而密的裂缝显著增多，达到极限荷载时，试件均发出爆裂声；当设计宽厚比分别为5.67和3时，无箍筋UHPC空心短柱的极限承载力为理论计算值的70.88%和87.65%；随着箍筋间距加密，极限承载力有所提高，但加密至一定程度后，承载力不再增长，接近材料强度极限值；采用UHPC塑性损伤本构模型对构件进行数值模拟，分析结果与理论计算和试验结果符合较好，按照直接强度计算法得到的中空短柱极限荷载接近试验值，可供UHPC柱设计提供参考。     

岩石损伤破坏过程声发射试验及其能量特征分析

声发射是岩石变形破裂过程中的重要物理现象,也是反映岩石力学特性的一个本构参量.通过三轴应力条件下大尺度岩石损伤破坏声发射试验,得到了3类岩石破坏全过程力学特征和声发射特征.试验中利用高速多通道声发射数字记录系统,获得了岩石试件破坏前微破裂活动的详细时空分布数据.基于试验结果,研究了3类岩石(花岗岩、砂岩、大理岩)压缩变...     

钢纤维混凝土疲劳及AE特性试验研究

通过对粗骨料混凝土试件施加周期循环荷载前后的两次静载强度试验和声发射检测,得到试件两次静载强度试验的应力—应变全过程曲线和声发射信号,分析其变形、破坏以及声发射特征,得出试件的强度、变形及声发射特征的变化规律。     

沥青混合料预缺口试件直接拉伸疲劳损伤分析

为了研究沥青混合料疲劳损伤断裂特性,应用断裂力学积分守恒定律,提出一种关于沥青混合料对称边缺口试件拉伸疲劳损伤的封闭解法,并根据有限元计算与有关试验结果的对比,确定了合适的试件缺口处应力集中系数和沥青混合料疲劳损伤特性参数,同时证明了在拉伸疲劳试验情况下所提出的沥青混合料非线性疲劳损伤模型的有效性.根据非线性有限元计算,分析了沥青混合料含缺口试件拉伸疲劳损伤开裂、裂纹扩展过程,讨论了不同阶段试件内部损伤度、拉应力的分布规律,以及它们和试件位移、疲劳寿命随预制裂纹起裂、扩展的变化规律.研究结果表明:基于疲劳损伤有限元和Paris公式的沥青混合料含缺口拉伸试件的疲劳损伤分析结果与直接拉伸疲劳试验结果基本一致,但基于Paris公式的计算结果无法反映试件在起裂和扩展初期阶段裂纹扩展速率的变化情况.     

声发射技术在混凝土空心板桥裂缝检测中的应用

由于传统的裂缝检测方法效果差且不安全,提出采用声发射技术进行桥梁裂缝检测的方法。以驻马店练江河桥为背景,对其南边跨进行静载试验,利用声发射技术检测试验过程中混凝土空心板桥板底和铰缝处的裂缝扩展情况,研究声发射信号与裂缝扩展的对应关系。结果表明:试验过程中,混凝土空心板受力良好,没有出现宏观裂缝和结构性损伤,铰缝产生了较为严重的损伤;低幅值信号由微裂纹的扩展和旧裂缝断裂面的相互摩擦产生,高幅值信号由宏观裂缝的进一步扩展产生;声发射信号分析结果与桥梁实际病害一致,声发射技术应用于混凝土桥梁的裂缝检测具有较好的可行性。     

钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

全预制轻型预应力UHPC薄壁盖梁抗剪性能试验

为解决桥梁装配式施工中传统混凝土盖梁自重过大、整体吊装困难的难题,提出全预制轻型部分预应力超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）薄壁盖梁的设计方案。为研究UHPC薄壁盖梁的斜截面抗裂性能及抗剪承载力,完成1根相似比1：2的大比例UHPC薄壁盖梁共2次模型试验,获得模型从加载到破坏全过程的开裂和破坏荷载、裂缝和变形分布规律等关键试验结果;分析梁体应变、预应力、裂缝的分布规律,考虑UHPC的应变硬化特征,基于材料力学公式提出斜截面开裂剪力的理论计算方法,考虑UHPC结构裂缝分布和结构形状系数等,提出斜裂缝宽度的计算公式。按照不同规范对UHPC盖梁抗剪承载力进行计算对比,以法国UHPC规范为基础,对比分析UHPC基体、箍筋、钢纤维及纵筋销栓作用对结构抗剪承载能力的影响程度。研究结果表明：计算结果与模型的开裂剪力以及裂缝宽度吻合良好;各国规范均低估了UHPC结构的抗剪承载能力;提出的UHPC盖梁具有自重轻、施工快捷等特点,充分利用了UHPC的超高抗拉性能和应变硬化特征,具有优异的斜截面抗裂性能以及抗剪性能;建议取消弯起钢筋、适当增加预应力筋,浇筑UHPC时应增设抗浮措施等。研究成果可为UHPC盖梁的应用提供参考。     

损伤程度对沥青混合料损伤-愈合行为的影响研究

沥青混合料具有自愈合能力，而目前沥青混合料损伤愈合行为的作用机制仍不明确。因此，本文对多因素条件下的沥青混合料自愈合特性进行了研究，从而有助于确定有效的沥青路面养护策略。基于四点弯曲疲劳试验，对不同损伤程度的沥青混合料自愈合进程进行对比分析。结果表明：愈合时间和愈合温度对不同损伤程度的沥青混合料自愈合能力具有积极作用，而低温条件对沥青混合料的自愈合性能具有较大不利影响。给定足够的愈合时间及愈合温度，100%湿度条件对沥青混合料自愈合能力影响显著，将使沥青混合料自愈合效率降低至15%-45%左右。损伤程度的增大对沥青混合料自愈合能力的削弱作用显著。损伤程度过大时，部分微裂纹相互贯通扩展为宏观裂纹，超过裂纹自愈合的临界宽度，导致无法愈合。此时，需借助其他增强愈合性能的手段进行外界干预，从而提高沥青混合料的自愈合效率，进而一定程度恢复路面的服役性能。     

U形UHPC永久模板RC无腹筋组合梁抗剪性能试验

为了研究UHPC永久模板RC无腹筋组合梁的抗剪性能,以UHPC永久模板的厚度和界面条件为试验参数,分别开展了UHPC材料力学性能与UHPC永久模板RC无腹筋组合梁四点加载试验。由于组合梁的抗剪性能与UHPC的基本力学性能密切相关,因此首先对UHPC的抗拉与抗压性能进行了试验研究。UHPC的力学性能试验结果表明,UHPC在单轴单调荷载作用下具有一定程度的应变硬化特征,其拉伸极限强度为4.87 MPa,极限拉应变为0.6%。在材料试验结果的基础上,通过考虑UHPC永久模板厚度与界面方式这2种试验参数,分别设计了1根RC参照梁,1根UHPC参照梁,以及2种UHPC/RC界面类型（光滑与均布剪力键）、3种永久模板厚度（15,20,25 mm）、共计6根U形UHPC永久模板RC无腹筋组合梁。在对这8根梁分别进行四点加载破坏试验的基础上,分析了UHPC永久模板不同厚度与界面类型对组合梁抗剪承载力的影响。结果表明：组合梁的抗剪承载力及其变形能力较相同尺寸及配筋的RC无腹筋梁至少提高了103.7%和117.7%;且无论何种界面类型下,抗剪承载力随着UHPC永久模板厚度的增加而增加;界面为均布剪力键的UHPC永久模板较光滑界面能提供更高的抗剪承载力与变形能力。最终,基于修正桁架模型理论,分析了UHPC永久模板与RC无腹筋梁的抗剪承载力及其抗剪构成,提出了UHPC永久模板RC无腹筋组合梁的抗剪承载力计算公式,且公式计算值与试验值吻合较好。     

钢-UHPC组合桥面板湿接缝界面处理方式

针对钢-UHPC （Ultra-high Performance Concrete）组合桥面板湿接缝处混凝土界面人工凿毛困难的问题,提出环氧树脂处理和高压水枪凿毛等新型界面处理方式。为了检验采用涂刷环氧树脂、高压水枪凿除细骨料和高压水枪凿除粗骨料处理后湿接缝的抗裂性能,进行了UHPC湿接缝足尺模型的轴心受拉试验,并与不设湿接缝的桥面板进行试验对比。通过比较不同界面处理后的UHPC名义拉应力-应变曲线及UHPC名义拉应力-裂缝宽度曲线,分析了3种湿接缝的开裂荷载、裂缝分布,揭示了不同界面处理下的接缝受力机理。试验结果表明：3种界面处理方式的湿接缝破坏形式相同,均是首先在新旧混凝土交界面上出现初始裂缝,随着荷载增加裂缝逐渐发展至贯通,UHPC退出工作,最后钢材受拉屈服达到极限状态。界面采用环氧树脂处理、高压水枪凿除细骨料、高压水枪凿除粗骨料的试件开裂荷载分别为不设湿接缝试件的53.7%、92.2%、81.9%,高压水枪界面处理的湿接缝比起环氧树脂处理的湿接缝具有开裂晚、裂缝发展慢的特点,且高压水枪凿除细骨料比高压水枪凿除粗骨料的界面处理方式更优。通过试验证实了新旧混凝土交界面是桥面板的最薄弱位置,且2种高压水枪凿毛的界面处理方式均能够满足实桥荷载作用下桥面板的抗裂强度要求,在施工条件允许的情况下推荐使用高压水枪凿除细骨料的界面处理方式。     

钢筋UHPC矩形截面受弯构件的钢筋应力简化计算

为建立钢筋UHPC矩形截面受弯构件的钢筋应力简化计算方法，首先基于UHPC结构计算的基本假定建立了钢筋应力数值计算方法，然后推导并修正了考虑UHPC抗拉贡献的钢筋应力简化公式，最后通过与国内外文献相关试验结果进行对比，对所提出的钢筋应力简化公式的适用性进行了验证。结果表明：①数值计算方法所得钢筋应力预测值与实测值整体吻合良好，证明了该方法的有效性。②由于忽略了UHPC的抗拉贡献，直接采用GB 50010—2010规范和JTG 3362—2018规范推荐钢筋应力公式计算所得UHPC构件的钢筋应力误差较大。③根据UHPC结构计算基本假定推导出UHPC受弯构件开裂截面钢筋应力简化公式，并结合参数分析结果建议简化公式中系数α取值0.85，β取值0.50；钢筋应力在125~400 MPa范围时，简化公式预测效果较好；但当钢筋应力在40~125 MPa范围时，由于过高估计UHPC的抗拉贡献，简化公式预测结果明显偏小，甚至出现负值。④为避免简化公式过高估计UHPC抗拉贡献，改进了UHPC受拉贡献系数β的取值方法，进而得到了钢筋应力修正公式；修正后钢筋应力计算值在裂缝发展阶段内，与实测值、数值分析值均整体吻合良好，且与其他文献的钢筋应力试验值吻合也较好，表明修正公式的适用性也较好，可为UHPC结构设计规范的编制提供参考。