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。     

空心板梁桥超高性能混凝土(UHPC)铰缝弯剪受力性能研究

受普通混凝土(NSC)材料性能限制,空心板梁桥混凝土铰缝病害频发。在铰缝位置应用具有超高力学性能和良好界面黏结性能的超高性能混凝土(UHPC),可使铰缝受力性能得到明显改善,从而减少甚至避免铰缝病害的发生。首先通过数值模拟方法,得到了不同工况下装配式空心板梁桥铰缝截面的最大弯剪比;接着,为研究不同铰缝材料对结构在弯剪耦合作用下的主要开裂形态、承载能力和荷载～挠度响应的影响,对NSC铰缝试验梁(N—N)、UHPC铰缝试验梁(N—U)两组铰缝梁模型开展了三点静力加载弯剪试验;最后通过建立有限元模型,探究了不同弯剪比及铰缝结构形式对铰缝梁结构受力性能的影响规律。试验结果表明,所有铰缝梁均在铰缝与预制构件的交界面处发生初次开裂;与N—N试件相比,N—U试件初裂荷载和极限荷载分别提高了477%和104%,且N—U试件的刚度及抗裂性能均显著强于N—N。数值分析表明,与常规型铰缝相比,采用键齿形、倒T形、工字形铰缝及其组合结构形式的梁的初裂强度显著提高,构造优化的铰缝形式可以更好地确保各梁间的整体性。     

装配式NC板UHPC湿接缝轴拉性能试验研究

装配式混凝土结构因施工便捷、节约工期等优势被频繁应用,常规混凝土结构使用的湿接缝为普通混凝土(NC),但是NC湿接缝与原结构粘结强度不高,导致接缝处出现了大量的病害.而超高性能混凝土(UHPC)有着更小的级配作湿接缝时与原NC结构具有更好的粘结强度,但目前国内对装配式NC-UHPC湿接缝轴拉性能研究较少,故本试验设计N...     

高强钢丝网-UHPC加固损伤RC梁抗剪性能试验研究

为研究高强钢丝网-超高性能混凝土加固损伤钢筋混凝土(RC)梁的抗剪性能,设计并制作了两根有腹筋工字形截面RC梁,其中一根作为对照梁进行一次性破坏加载试验,另一根经损伤加载产生剪切裂缝后对其两侧腹板布置高强钢丝网并浇筑UHPC进行抗剪加固。通过三点弯曲加载试验,研究了高强钢丝网-UHPC加固RC梁的抗裂性能、变形能力和抗剪承载能力,并分析了加固梁的破坏模式和失效原因。研究结果表明：高强钢丝网增韧UHPC加固方法可有效改善RC梁的抗裂性能,加固后梁的抗剪承载力显著提高。     

弯剪扭荷载下配筋UHPC矩形梁的扭转性能与承载力计算

配筋超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)梁在弯剪扭组合荷载作用(复合受扭)下的抗扭性能研究较为匮乏。为此,开展了8根配筋UHPC矩形梁的复合受扭试验,获得了各试件损伤破坏模式、扭矩-扭率曲线、扭矩-应变曲线及扭矩-裂缝宽度曲线,分析了配筋UHPC矩形梁复合受扭破坏机理,探讨了扭剪比、纵向配筋率对抗扭承载性能和延性的影响。试验结果表明：试件破坏形态为纯扭破坏和非纯扭(扭转、剪扭、弯扭)破坏;相比于纯扭试件,非纯扭试件表面未形成空间螺旋形裂缝,同时其正立面裂缝比背立面数量更多且更宽,非纯扭试件开裂扭矩降低46%～73%,抗扭承载力降低1%～38%,扭转延性系数提高38%～169%。随扭剪比从1增加到3,非纯扭试件抗扭承载力提高1%～21%,扭转延性系数提高24%～88%;随着纵向配筋率从0.78%增加到4.90%,试件抗扭承载力提高12%～27%,非纯扭试件扭转延性系数提高35%～88%,但纯扭试件扭转延性系数下降了31%。配筋UHPC复合受扭梁弯扭相关性符合“三折线”模型,基于弯扭“三折线”模型提出的复合受扭梁抗扭承载力公式计算值与...     

矩形UHPC湿接缝受弯性能研究

对矩形UHPC湿接缝进行抗弯模型试验研究,测试了在纯弯作用下矩形接缝受力全过程的变形、应变、开裂状态及破坏形态,并与完整梁的受弯性能进行比较,研究矩形接缝的受力机理与性能.试验结果表明:完整梁受弯性能远高于矩形接缝.矩形接缝接合面受力过程中,由于钢纤维的不连续,其抗拉强度可忽略.综合实验结果与相关文献研究成果分析,提出...     

无主筋UHPC预制简支梁桥荷载试验研究

为检验中国首座无主筋工字形UHPC(超高性能混凝土)预制简支梁桥(广州北环高速公路沙贝立交F匝道桥)成桥后的实际承载能力和工作性能,通过静载和动载试验分别测试不同加载条件下主梁跨中截面的应变、挠度及桥梁自振特性,并将试验结果与MIDAS/Civil软件计算结果进行对比,结果表明该桥主梁强度和刚度均满足规范要求,结构具有良好的动力性能,满足使用要求。     

装配式UHPC桥梁湿接缝模型试验及受弯性能研究

为了改善装配式UHPC(超高性能混凝土)桥梁接缝处由于钢纤维不连续易开裂受损的问题,提出UHPC湿接缝方案并进行优化及受力性能研究.完成了6个试验模型,即直接缝、菱形接缝、上下条带接缝、未焊接及焊接的上下条带菱形接缝5种UHPC接缝梁及UHPC完整梁.对模型的受弯裂缝破坏形式、试验梁的荷载-位移曲线、极限抗弯承载能力、...     

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。     

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 加固钢筋混凝土梁抗弯承载力试验研究

为研究普通钢筋混凝土梁不同受力区域加固超高性能混凝土(UHPC)后抗弯承载力的变化情况,设计、制作了 3根试验梁[未加固钢筋混凝土梁(RC)、受压区UHPC加固梁(UC)和受拉区UHPC加固梁(UT)],采用四点加载法进行抗弯试验,分析加固前后试验梁的破坏模式、荷载-挠度曲线及承载力变化规律.结果表明:试验梁UC和UT相较于RC,刚度和承载力大幅提高,其中承载力分别提高61.2％和96.9％;提出了钢筋混凝土梁受压区、受拉区(考虑纤维贡献)加固UHPC后的抗弯承载力简化计算公式,计算值和试验值误差小于5％,具有较高的计算精度和适用性.     

大跨度钢桁拱桥主梁过渡段结构设计与研究

以株洲清水塘双层钢桁架拱桥工程为背景,介绍了多跨桥梁中跨采用UHPC轻型组合桥面板钢主梁,边跨采用传统钢混组合梁的主梁布置形式,详细讨论了主梁及桥面板过渡段的设计要点;结合空间有限元模型计算分析,验证了该类过渡段结构能够实现传力构造和刚度的稳定过渡,总结归纳了特大跨径桥梁过渡段结构的设计经验。     

预制节段钢纤维混凝土梁干接缝抗剪性能试验

预制节段混凝土梁的干接缝具有不连续性,是薄弱环节和重要部位,在设计和施工期间需要得到更多的重视。以接缝类型（整体式接缝和单键齿干接缝）、混凝土类型（C60混凝土和CF60钢纤维混凝土）、钢纤维掺量（40,60,80 kg·m^-3）和水平正应力（0.5,1.0,2.0 MPa）作为试验参数,对18个C60混凝土和CF60钢纤维混凝土试件进行直剪性能试验,记录试件开裂载荷、极限载荷和残余载荷,观察试件裂缝形态和破坏模式,研究规范化剪应力-垂直位移曲线以及载荷-水平位移关系,并将极限抗剪强度试验值与AASHTO 2003规范和其他设计公式计算值进行比较。应用有限元分析软件ABAQUS对试验进行数值模拟。研究结果表明：极限剪切荷载模拟值与实测值吻合良好,模拟的键齿裂纹开展情况与试验吻合;使用钢纤维混凝土可提高整体试件和单键齿接缝的抗裂性、抗剪强度、残余载荷和规范化极限剪应力;钢纤维可以改善整体式和单键齿试件的变形能力,并且随着钢纤维掺量的增加,单键齿试件的开裂荷载、极限荷载和残余荷载也随之增大;AASHTO 2003规范和其他设计公式都低估了C60混凝土和CF60钢纤维混凝土单键齿干接缝试件的抗剪能力,公式偏安全,其中Alcalde公式预测值更吻合,Rombach公式预测最保守。     

纤维高强混凝土干接缝剪切性能试验研究

节段预制匹配梁混凝土干接缝键齿受力后易沿键齿根部产生斜裂缝,并发生沿键齿根部脱落的脆性破坏,在混凝土中掺加纤维可改善干接缝剪力键受力性能。考虑纤维长度、纤维形状、纤维种类及纤维体积率4种影响因素,制作了4组9对干接缝剪力键试件进行直剪试验,得到了以上4个因素对纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的影响规律。结果表明:与未掺加纤维的高强混凝土相比,纤维高强混凝土干接缝的开裂剪应力、极限剪应力和延性均有所提高,开裂剪应力平均提高了48.1%,极限剪应力提高了26.0%,延性指标提高了24.4%;在一定范围内,纤维高强混凝土干接缝的极限剪应力随着纤维长度的增长和纤维体积率的增大而增大;纤维混凝土可以增强干接缝的极限剪应力,端钩型纤维对干接缝极限剪应力提升的效果明显大于波浪型和平直型;同时,归纳了既有干接缝承载力计算公式,利用既有试验数据对不同公式的承载力计算值进行了对比分析,发现各公式对试件承载力的预测值与侧向预压应力有关,其中Rombach公式计算值与试验值吻合最好,但离散度较大。试验结果可为今后纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的研究提供数据支持。     

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。     

钢纤维混凝土试验研究与疲劳破坏模拟

针对桥面铺装层的受力状况和破坏原因进行了钢纤维混凝土的抗折强度试验和耐磨损试验,分析了钢纤维混凝土的抗弯性能,阐述了钢纤维混凝土的耐磨机理,并利用ANSYS程序模拟了钢纤维混凝土的疲劳破坏。     

钢纤维掺量及规格对桥梁用超高性能混凝土性能影响的研究

为了探究钢纤维掺量及规格对桥梁用超高性能混凝土施工性能和力学性能的影响,通过设置不同钢纤维掺量(0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％)和长径比(65、80、90、100)进行对照试验,分别得到试件的扩展度、抗压强度、抗折强度.试验结果表明:当钢纤维长径比为65时,随着掺量的增加,超高性能...