钢纤维增强自应力混凝土连续叠合梁的弯曲性能

基于钢纤维自应力混凝土优异的抗裂性能,将其作为叠合层铺筑于普通混凝土两跨连续T梁翼缘,制成连续叠合梁研究其抗裂性能和整体的弯曲性能.试验表明,钢纤维自应力混凝土叠合层可大幅提高连续叠合T梁支座负弯矩区的开裂荷载和跨中极限挠度,延缓支座处上部裂缝的发展速度,显著改善连续梁的弯曲性能.建立了钢纤维自应力混凝土连续叠合梁开裂荷载的计算方法,并对连续叠合梁的弯曲性能进行了有限元模拟;理论值、试验值与数值模拟结果吻合较好,表明该计算方法可用来计算此类弯曲构件的开裂荷载.     

不同掺量钢纤维自密实混凝土梁的抗弯性能有限元分析

根据理论计算与试配获得了不同掺量的钢纤维自密实混凝土配合比,由混凝土力学性能试验得到各配合比下混凝土的力学性能指标,并以实测材料参数为依据,通过ANSYS有限元模型,分析不同钢纤维掺量的钢筋自密实混凝土梁的抗弯性能及裂缝分布,并找到最佳钢纤维自密实混凝土配合比,为工程实践提供参考.计算结果表明,掺钢纤维的钢筋自密实混凝土梁,其开裂荷载、屈服荷载、弯曲韧性及结构刚度与普通钢筋自密实混凝土梁相比得到提升,并且实际极限荷载也能得到相应改善.     

混杂纤维增强高性能混凝土弯曲韧性研究

选用钢纤维、塑钢纤维和杜拉纤维,在总体积掺率不超过1％条件下,进行了二元或三元混杂纤维增强高性能混凝土的抗压试验、劈拉试验以及带切口梁三点弯曲试验.绘制了荷载-挠度曲线以及荷载-裂缝开口位移曲线(CMOD),计算得到了混凝土开裂各阶段纤维所贡献的能量吸收值以及等效弯拉强度,对比分析了纤维混杂方式、掺量对混凝土基本力学性能以及峰值荷载后变形性能的影响.研究结果表明:三元混杂纤维混凝土具有较基体混凝土、单掺或二元混杂纤维增强混凝土更优的力学性能和变形性能,弯拉强度最大提高了28％,弯曲韧性试验荷载-位移曲线均呈现出明显的应变硬化现象,并表现出优越的裂缝控制能力;当纤维三元混杂且水灰比为0.31时,由0.7％弓形钢纤维、0.19％塑钢纤维与0.11％杜拉纤维混杂制得混凝土样本的强度以及弯曲韧性最优.     

细观损伤理论的非均质混凝土梁开裂模型

针对传统等效裂缝模型无法与细观损伤理论联系起来,多尺度分析裂缝开展的问题.采用以挠度为自变量的三点弯曲梁损伤计算方法,依据宏观断裂力学和细观损伤理论,根据两参数的Weibull分布理论,将细观损伤本构模型运用描述宏观断裂力学行为,并建立改进的混凝土梁开裂模型.并结合三点弯曲梁试验数据,同时利用ANSYS分析软件对开裂过程进行数值模拟.研究结果表明:采用改进的混凝土梁开裂模型数值模拟结果和试验数据吻合良好,表明该模型能准确描述混凝土梁的开裂,可以作为评价混凝土梁开裂与否的理论判据.     

玄武岩纤维桥梁混凝土韧性特征及衰减规律

为研究玄武岩纤维对桥梁混凝土的增韧阻裂效果,设计了弯曲韧性试验、断裂韧性试验,分析不同玄武岩纤维掺量(体积分数,0%、0.07%、0.08%、0.09%,下同)对桥梁混凝土抗裂性能的影响规律,从中选出最优纤维掺量。利用动态疲劳加载试验,研究普通混凝土和最优纤维掺量组在不同荷载应力水平下(0.5、0.7)弯曲韧性系数和断裂能的劣化衰减规律,并基于扫描电镜(SEM)试验,从微观角度剖析玄武岩纤维对桥梁混凝土的增韧阻裂机理。试验结果表明：玄武岩纤维能够增加混凝土的弯曲韧性,起到增韧阻裂作用,有利于避免在荷载作用下混凝土过早开裂,玄武岩纤维掺量为0.08%时,改善效果最明显,28 d弯曲韧性系数较普通混凝土提高了235%;玄武岩纤维显著提升了桥梁混凝土的断裂能,当纤维掺量为0.08%时,提升效果最明显,较普通混凝土提高了247%;在不同荷载应力水平下,桥梁混凝土的弯曲韧性系数和断裂能都随着疲劳加载次数的增加而逐渐衰退,且初期降低幅度小,后期降低幅度较大。但掺入玄武岩纤维可以减缓桥梁混凝土衰减速率,提高其抵抗疲劳开裂的能力,进而延长桥梁混凝土疲劳寿命;纤维与水泥基体之间良好的黏结性能,使得玄武岩...     

UHPC梁开裂弯矩适用计算方法研究

为探究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)梁抗开裂性能,通过4点弯曲试验研究了不同纤维类型、掺量及配筋率对梁受弯抗开裂性能的影响.基于试验结果,结合理论分析及数值模拟,对比了不同开裂弯矩计算方法结果,并探究了多种UHPC受拉本构对开裂荷载计算值的影响.分析了不同方法所得结果的差异及原因,提出了一种超高性能混凝土梁开裂弯矩计算方法.结果表明：UHPC抗拉强度是影响梁开裂弯矩的最直接因素,提高梁配筋率、增大纤维掺量、改变纤维形状有利于提高梁的抗开裂性能,但作用有限;截面平衡法、等效截面法计算结果偏大,美国FHWA规范的计算结果与试验值较为吻合,但相关性不好;收集相关文献数据验证表明,本文方法能准确预测超高性能混凝土梁开裂弯矩.     

混凝土开裂对BFRP混凝土界面应力的影响

以最大主拉应力作为混凝土开裂的判别依据,采用基于能量的指数型软化损伤模型,利用扩展有限元模拟钢筋混凝土梁的裂缝扩展过程.通过在试验梁裂缝位置处预设初始裂缝,对比不同荷载水平下的裂缝扩展高度,得到与试验梁基本一致的裂缝扩展结果.进一步将该方法用于玄武岩纤维布(BFRP)加固预损伤钢筋混凝土试验梁的失效分析中,模拟了试验梁由于混凝土裂缝扩展引起的界面剥离全过程,给出了混凝土裂缝扩展与界面应力分布之间的对应关系,得到混凝土开裂是导致BFRP剥离的主要原因的结论.     

纤维聚合物筋混凝土梁正截面性能的研究

试验研究表明,纤维聚合物筋混凝土梁荷载挠度曲线以截面初裂为界限点分为两个线性阶段.正截面开裂前,荷载挠度曲线基本为线性,截面刚度较大;正截面开裂时,裂缝先在纯弯段出现,荷载挠度曲线出现转折点.随着荷载增加,纯弯段正裂缝发展,剪跨段斜裂缝产生并向梁的受压区加荷点扩展,梁的刚度较截面开裂前减少,荷载挠度曲线基本为线性直到梁破坏.在试验研究的基础上,探讨了纤维聚合物筋混凝土梁的非线性全过程数值分析方法,用计算机模拟了试验梁的跨中弯矩-挠度关系曲线,并用试验数据进行了验证.     

钢纤维混凝土的本构模型及力学性能分析

为充分研究钢纤维混凝土的力学性能,基于混凝土的弥散开裂模型,并考虑纤维与混凝土之间的黏结作用,建立了新的钢纤维混凝土本构模型.在模型中分两种情况考虑纤维作用,混凝土开裂前,纤维与混凝土完全黏结,服从复合材料理论;混凝土开裂后,将分别考虑混凝土和钢纤维的贡献.通过黏结滑移模型,计算钢纤维在混凝土中脱黏和拔出过程中,纤维对开裂后混凝土的增强作用.采用Fortran编程,利用有限元软件ABAQUS中提供的子程序Umat,将提出的本构模型引入ABAQUS,并用于有限元模型去模拟钢纤维混凝土的拉伸和四点弯曲试验.通过数值模拟结果和试验数据的对比,充分验证了所提出的钢纤维混凝土本构模型的准确性.并对钢纤维混凝土的受拉强度、残余强度、受弯强度以及韧性等力学性能进行详细的分析.     

弯曲裂缝引起FRP混凝土界面剥离的数值分析

目的找出混凝土裂缝扩展对纤维增强材料FRP与混凝土界面粘结性能的影响规律.方法基于断裂力学理论,采用商业软件ANSYS中的界面单元模型(Cohesive Zone Model CZM),模拟素混凝土梁跨中I型裂缝扩展以及FRP与混凝土界面II型裂缝的扩展过程.结果随着混凝土裂缝的扩展,加固梁承载力出现两个峰值:第一个峰值出现在混凝土宏观裂缝扩展的起始点,此时FRP布的应力低于500 MPa,FRP与混凝土界面切应力在混凝土裂缝附近较大,其余部分切应力及界面滑移量基本为零,界面处于完全粘结状态.第二个峰值出现在FRP与混凝土界面发生剥离时刻,之后界面剥离从混凝土跨中裂缝位置向梁端部扩展,加固梁的承载力保持在第二个峰值上,FRP布应力达到1 480 MPa,界面粘结切应力及滑移量向FRP端部移动,跨中完全剥离的界面,切应力降为零,滑移量保持不变.结论计算得到的荷载随混凝土开裂的变化趋势及峰值荷载与试验值吻合较好,说明笔者提出的数值模拟方法能较准确地预测CFRP加固带缝混凝土梁的承载力.     

钢衬钢纤维自应力混凝土压力管道抗裂性能研究

钢纤维自应力混凝土是一种具有很高抗拉强度的新型结构材料,将其应用到水电站钢衬钢筋混凝土压力管道中,可以明显地改善管道的抗裂能力．通过一系列大比尺管道试验,对比了钢衬钢筋混凝土压力管道、钢衬钢纤维混凝土压力管道,钢衬钢纤维自应力混凝土压力管道抗裂性能．试验结果表明。钢纤维自应力混凝土能够明显地提高压力管道的抗裂承载力．依据试验结果并结合理论推导,给出了钢衬钢纤维自应力混凝土压力管道开裂荷载的计算公式．     

预应力碳纤维布材加固混凝土梁的受弯性研究

通过对未施加加固手段的梁、粘贴无预应力纤维梁、粘贴有预应力纤维梁的受力性能进行对比,研究了预应力水平对梁的抗弯性能的影响。实验结果表明：无预应力纤维对于梁的抗弯性能有提高但提高不大,预应力纤维随着预应力水平的提高对于梁的开裂荷载、屈服荷载、抗弯刚度均有大幅度提高。     

纤维编织网增强混凝土抗渗性能研究

研究纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete, TRC)外部水分沿其内部纤维束的放置走向迁移,使混凝土基体受损抗渗性能下降.分别在宏、细观层面研究了混凝土基体水灰比、纤维编织网网格尺寸、纤维束Tex含量对纤维编织网增强混凝土抗渗性能的影响,并通过核磁共振试验引入分形维数评价混凝土的粗糙程度.结果表明:纤维编织网增强混凝土的抗渗性能会随混凝土水灰比的增大、网格尺寸的减小、纤维束Tex含量的增大而降低.基于量纲分析法与试验建立了一种TRC渗流预测模型,描述了TRC的抗渗性能.     

粘钢补强钢筋混凝土梁的正截面承载性能

对粘钢补强钢筋混凝土(RC)梁在荷载作用下的变形过程和破坏形式,进行了理论和试验研究,讨论粘钢位置和粘钢量对RC梁的短期刚度、挠度、开裂荷载、极限荷载和破坏形式等承载性能的影响.通过理论计算结果与试验结果的比较分析,得出粘钢板与RC梁协调工作系数主要随相对高度变化的结论.提出计算协调工作系数、抗弯承载能力和挠度的计算公式,给出工程设计建议和确定合适钢板宽厚比、粘钢位置和粘钢量的技术措施.     

折线先张法预应力工字梁受力性能试验

为克服直线先张法的预应力筋不能弯折而使桥梁跨径受限,以30 m折线先张法预应力混凝土工字梁为研究对象,研究折线先张法工字梁在弹塑性阶段的应力、变形、裂缝和承载能力,进行理论计算及静载破坏试验,并利用Midas Civil有限元软件的psc程序计算,对比静载试验与有限元模型。结果表明：在弹性阶段,荷载与混凝土应变、挠度的试验曲线均呈线性变化;跨中截面和3L/8截面为梁体应变的危险截面;加载至1～1.4倍的开裂荷载时,L/4、L/2截面挠度变化仍基本处于线性增大状态,斜率约为按弹性阶段计算的2倍;当出现第一条裂缝后,随着荷载的增加,裂缝继续向工字梁腹板延伸,跨中底板及腹板附近出现新裂缝,但未出现梁端剪切裂缝或破损现象。预应力混凝土工字梁的应力、挠度校验系数均小于1,表明折线先张法工字梁的抗弯和抗剪承载能力、强度、刚度、抗裂性均满足设计及规范要求。     

长期荷载作用下SFRC梁承载能力极限状态可靠性分析

为分析长期荷载作用下SFRC梁承载能力极限状态可靠性的时变规律,基于持荷10年的SFRC梁抗弯试验结果,建立了SFRC梁承载能力极限状态时变可靠性分析模型.对于Ⅰ系列梁(持荷水平不变、钢纤维掺量改变)和Ⅱ系列梁(持荷水平改变、钢纤维掺量不变),将等效抗力法和一次二阶矩法相结合,求得其时变可靠指标,并预测了100年长期荷载作用下可靠性的时变规律.结果表明:对于Ⅰ系列梁,钢纤维体积分数为0.5%是最佳掺量;对于Ⅱ系列梁,外荷载越小,可靠指标越大,抗弯承载力越大,外加荷载越接近,可靠指标越接近;在服役期内SFRC梁可靠指标先上升后下降,当钢筋开始锈蚀,可靠指标曲线出现拐点,导致梁正截面抗弯承载力下降明显.     

含有改性混凝土叠合层的T形梁抗裂性能研究

基于8根混凝土倒T形叠合梁受弯试验,研究了钢筋钢纤维自应力混凝土做加固材料层二次浇注到待加固混凝土T形梁,从而形成的叠合梁在负弯矩区的抗裂性能.试验结果表明,仅占叠合梁高13.9%的叠合层将梁的开裂弯矩提高44.9%.同时根据已有理论模型,推导了自应力混凝土叠合T梁后加自应力的求法和负弯矩区正截面抗裂计算公式,其计算结果与试验结果比较吻合.     

玄武岩纤维TRC板拉伸性能试验研究

采用短切钢纤维体积掺量为0%、0.8%、1.6%的3种精细混凝土基体分别制备玄武岩纤维TRC板,并对纤维编织网施加不同水平的预拉力,通过单轴拉伸试验,考察了各类TRC板试件的应力-应变关系和裂缝形态.试验结果表明:随着纤维编织网层数的增加,TRC板试件的开裂荷载减小,极限荷载和极限应变均增大,裂缝形态得到很大改善.随着纤维编织网上预拉力水平的增加,TRC板试件的开裂荷载增大,极限荷载并未产生明显变化,极限应变减小,裂缝逐渐表现出不良的形态.TRC板试件的拉伸性能与短切钢纤维掺量和预拉力水平均存在一定的相关性;当基体混凝土中掺加体积分数为1.6%的短切钢纤维且纤维编织网上施加的预拉力大小合适时,TRC板试件表现出相对较好的拉伸性能.