钢纤维-橡胶/混凝土抗剪性能试验

抗剪强度和剪切韧性是反映构件在复合受力状态下承载能力及耗能能力的重要指标。为研究钢纤维(SF)-橡胶/混凝土的剪切性能,设计了14组SF-橡胶/混凝土试件,通过双面剪切试验,研究了SF体积分数掺量、橡胶掺量和水胶比对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能及剪切破坏形态的影响。研究表明:SF的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可显著改善混凝土的抗剪性能。SF对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能起主导作用,SF-橡胶/混凝土试件的抗剪强度、峰值变形及剪切韧性相比普通混凝土及橡胶/混凝土试件均显著提高,且增幅随SF掺量的增加而增大,剪切破坏呈现出明显的延性特征。当SF体积分数为1.5vol%时,橡胶掺量(等体积取代砂取代率)为10%的SF-橡胶/混凝土试件的抗剪强度、峰值变形相比橡胶/混凝土分别提高了78%、63%。橡胶对SF-橡胶/混凝土试件的抗剪性能也起到辅助作用,SF-橡胶/混凝土试件的剪切韧性及延性相比SF/混凝土试件进一步增加。采用水胶比优化设计后,随着橡胶掺量的增加,SF-橡胶/混凝土的抗剪强度、峰值变形及峰值前剪切韧性可基本保持不变,而峰值后韧性指标进一步增加,增幅可高达96%。根据试验结果,考虑橡胶及SF掺量的影响提出了SF-橡胶/混凝土的抗剪强度计算式。      

基于材料延性的高延性混凝土无腹筋梁受剪性能试验研究

为探讨材料延性对无腹筋梁受剪性能的影响,根据高延性混凝土设计理论,考虑纤维抗拉强度、长径比和纤维掺量等因素的影响,进行了4种不同配合比高延性混凝土（HDC）的力学性能试验,并设计了7个高延性混凝土（HDC）无腹筋梁和2个混凝土（RC）梁对比试件,通过静力试验研究材料延性对无腹筋梁的破坏形态、承载力和剪切变形能力的影响。试验结果表明:1）4组HDC试件分别达到不同的延性要求,其等效弯曲韧性可达砂浆试件的50倍,极限拉应变可达普通混凝土的90倍;2） HDC无腹筋梁的承载力可达RC梁的2.36倍,剪切变形能力可达RC梁的3倍以上,均发生具有一定延性的剪拉破坏;3）除剪跨比和纵筋配筋率外,HDC无腹筋梁的受剪承载力和变形能力均随材料延性的提高而增大,在设计中应予以考虑,并可根据工程实际需要选择相应的材料延性需求。     

型钢高延性混凝土短柱抗震性能试验研究

提出采用高延性混凝土和核心区配置型钢提高短柱的抗震性能和变形能力,设计了2个高延性纤维混凝土（HDC）短柱和2个型钢高延性混凝土（SHDC）短柱试件,通过拟静力试验,研究其破坏形态、变形能力及耗能能力。试验结果表明:试件剪跨比减小,有利于发挥HDC良好的抗剪性能,使HDC短柱表现出良好的延性和耗能能力;核心区配置型钢,可显著提高HDC短柱的延性和耗能能力,提高构件的耐损伤能力;HDC与型钢具有良好的协调变形能力,改善了短柱的脆性剪切破坏模式,使SHDC短柱发生剪切粘结破坏时仍表现出较好的延性;SHDC短柱在不同性能水平下的变形能力明显高于HDC短柱,能满足我国规范对框架结构竖向构件的变形要求。     

高延性混凝土与带肋钢筋黏结性能试验研究

为研究高延性混凝土(HDC)与带肋钢筋的黏结性能,设计制作了20组试件。通过中心拔出试验,研究单调和重复荷载作用下试件的破坏形态及黏结滑移破坏机理,分析了HDC的抗压强度、纤维掺量、纤维种类及保护层厚度对带肋钢筋与HDC黏结性能的影响。结果表明：单调与重复荷载作用下,普通混凝土试件发生了脆性劈裂破坏,HDC试件发生劈裂和拔出破坏;试验结果表明,带肋钢筋与HDC的黏结强度随HDC抗压强度增加而提高;相同HDC抗压强度时,纤维掺量的增加可改善带肋钢筋与HDC的黏结性能;相比PP纤维,相同体积掺量的PE纤维与PVA纤维可有效限制混凝土内部径向裂缝的开展,提高带肋钢筋与HDC的黏结强度;依据破坏形态和黏结强度,得出临界相对保护层厚度为2.0;单调与重复荷载作用下,试件黏结强度比由纤维种类和相对保护层厚度主导,残余黏结强度比由抗压强度和纤维掺量主导;根据试验结果,建立了带肋钢筋与HDC的黏结强度计算公式和黏结-滑移本构模型。     

不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料梁剪切韧性试验

为研究聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料（PVA/ECC）无腹筋梁的剪切韧性,基于5组PVA/ECC梁受剪破坏试验结果,以剪切韧性指数和斜裂缝综合指数为指标,对不同纤维掺量下PVA/ECC梁的斜截面剪切韧性进行了研究与评价。结果表明:PVA纤维的掺入能改善梁的开裂性能,明显提高梁受荷全过程的变形能力及斜截面承载力,从而提高构件的剪切韧性;PVA纤维体积分数在0~2vol%范围内时,其值越大,加载过程中消耗的能量越多,斜截面抗剪承载力越高,破坏之前的总变形越大,梁的剪切韧性越好。      

压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究压剪作用下外掺聚乙烯醇(PVA)纤维对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料取代率、压应力比和PVA纤维体积掺量为变化参数,设计并制作144个立方体试件进行压剪试验。观察了试件的破坏形态,得到了荷载-位移曲线及垂直变形-剪切位移曲线,分析了不同变化参数对抗剪强度、峰值位移的影响规律。结果表明：0.1%体积掺量的PVA纤维对再生混凝土的抗剪强度提高了10%;随着压应力比的增大,试件的抗剪强度呈增大趋势,平均增大了2.03倍;与普通混凝土相比,再生混凝土试件的抗剪强度平均降低了13%;当再生粗骨料取代率为100%时,PVA纤维最佳掺量为0.1%;提出了纤维掺量为0.1%时压剪作用下PVA纤维再生混凝土抗剪强度计算公式。     

轴压比对RC剪力墙剪切破坏尺寸效应影响的细观分析

剪切破坏是剪力墙破坏的主要模式之一,借助细观数值分析方法对高宽比为1.0的钢筋混凝土(RC)剪力墙的破坏行为进行了分析,研究了轴压比对不同尺寸剪力墙的破坏模式、抗剪承载力、延性、耗能能力等性能的影响,分析了剪力墙剪切破坏的尺寸效应行为,并揭示了轴压比对名义抗剪强度尺寸效应的影响规律。结果表明:不同轴压比作用下的RC剪力墙均发生了明显的剪切破坏,且破坏模式一致;轴压比增大,剪力墙抗剪承载力提高,但延性降低,变形能力下降;随剪力墙尺寸的增大,其名义抗剪强度降低,即存在明显的尺寸效应;轴压比越大,剪切破坏更具脆性,尺寸效应更明显;当剪力墙长度大于1600 mm后,其名义抗剪强度趋于稳定值,尺寸效应逐渐消失。     

内置钢板-高延性混凝土组合连梁抗震性能试验研究

为提高钢板与混凝土的协同变形能力,提出采用高延性混凝土(HDC)代替普通混凝土,设计了2个内置钢板-高延性混凝土(HDC)组合连梁与2个内置钢板-混凝土组合连梁对比试件。通过拟静力试验,研究试件的破坏过程、破坏形态、滞回特性、耗能能力及刚度退化等。结果表明:跨高比为1.5的试件均发生剪切破坏,跨高比为2.5的试件均发生剪切黏结破坏;与混凝土组合连梁相比,HDC组合连梁的延性和耐损伤能力均得到明显提高;试件发生剪切破坏时,HDC组合连梁较混凝土组合连梁的极限位移角和累积耗能分别提高了44.4%和83.5%;试件发生剪切黏结破坏时,HDC组合连梁的耗能能力仍有较大幅度提高。根据4个小跨高比组合连梁试验结果,计算得到其设计剪压比为0.48~0.57,明显高于小跨高比连梁的剪压比限值。基于试验结果和受剪机制分析,提出了小跨高比组合连梁的受剪承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

玄武岩纤维增强泡沫混凝土的单轴拉伸及准静态压缩性能

为研究玄武岩纤维增强泡沫混凝土的力学性能,共设计了52组试件,讨论了玄武岩纤维体积掺量和纤维长度对各密度试件的拉伸和压缩性能的影响。结果表明：玄武岩纤维可显著提高试件的抗拉峰值应力(最大提升达到737%)和峰值应变(最大提升达到833%),可有效改善中高密度试件的受拉失效模式,使其出现伪应变硬化现象,提升了试件的抗拉承载能力和变形能力。试件抗拉峰值应力和峰值应变随纤维体积掺量增大而增大,随纤维长度增长先增大后降低;另一方面,玄武岩纤维能改变试件的受压破坏模式,使其从纵向劈裂破坏转变为斜向剪切破坏和横向压溃破坏,显著提高了中低密度试件的抗压承载力和吸能能力(最大提升达到328%)。试件的吸能能力随纤维体积掺量增大而增强,随纤维长度增长先提升后降低。     

直剪作用下再生混凝土力学性能及强度指标换算

以再生粗骨料取代率为变化参数,通过75个再生混凝土(RAC)试件的直剪、抗压与劈裂抗拉试验,揭示了RAC的直剪破坏机制及不同强度指标之间的换算规律。结果表明:RAC在直剪作用下为明显的脆性破坏,粗骨料和水泥基体均被剪断;随着取代率的增加,RAC直剪强度较普通混凝土变化不大,总体上呈降低趋势,但50%取代率(按质量)时直剪强度有所增大;峰值剪切变形随取代率的增大,总体呈增大趋势,平均提高了18.85%;初始剪切变形模量随取代率的增大,总体呈降低的趋势,平均降低了8.97%;最后,基于试验数据提出了RAC剪切强度与抗压、劈裂抗拉强度的换算关系式,计算结果与试验值吻合较好。      

钢板-高延性混凝土组合低矮剪力墙抗震性能试验研究

为提高低矮剪力墙的抗震性能,提出外包钢板-高延性混凝土(HDC)组合低矮剪力墙。设计了1片HDC低矮剪力墙、2片内置钢板-HDC组合低矮剪力墙和2片外包钢板-HDC组合低矮剪力墙,通过拟静力试验,研究了轴压比、配钢形式对试件破坏形态、滞回性能、承载能力、变形能力、耗能能力和刚度退化的影响。试验结果表明:HDC低矮剪力墙发生剪切破坏,内置钢板-HDC组合低矮剪力墙发生弯剪破坏,外包钢板-HDC组合低矮剪力墙发生弯曲破坏;与HDC低矮剪力墙相比,钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力和承载力明显提高;钢板-HDC组合低矮剪力墙的峰值荷载和刚度受轴压比的影响较小;轴压比从0.5变到0.7时,内置钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力降低,外包钢板-HDC组合低矮剪力墙的变形能力没有降低;提出钢板-HDC组合低矮剪力墙受弯承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好。     

Mechanical behavior of recycled coarse aggregate concrete reinforced with steel fibers under direct shear

Recycled coarse aggregate (RCA) concrete has attracted more and more attention worldwide in recent years due to the exhaustion of natural coarse aggregate and environmental pollution from construction and demolition waste in civil engineering. In this study, experiments were carried out on over 100 specimens to investigate the mechanical properties and failure mode of concrete with different volume content of steel fibers (0%, 0.5%, 1%, 1.5%, and 2%) and different RCA replacement ratio (0%, 30%, 50% and 100%) under direct shear load. The results show that addition of steel fibers can effectively improve the shear strength and shear toughness of RCA concrete. For a given compressive strength, the RCA replacement ratio has negligible impact on shear strength, but shear deformation and toughness increase as RCA replacement ratio reaches above a ‘limiting value’. A shear strength formula for steel fiber reinforced RCA concrete (SFRCAC) based on compressive strength and characteristic coefficient of steel fiber has been put forward.     

高延性混凝土加固高轴压比剪力墙抗震性能试验研究

为提高高轴压比下(低矮)剪力墙的抗震性能,提出采用高延性混凝土(HDC)面层对其加固。设计了3片剪跨比为1.1的混凝土剪力墙,其中1片为对比试件,其余2片分别采用HDC面层和钢筋网HDC面层进行加固。通过拟静力试验,研究剪力墙试件的破坏形态、变形能力、耗能能力及刚度退化特性。试验结果表明:采用HDC面层加固的剪力墙试件,加固层裂而不坏,与内部墙体协同工作性能良好,可对内部混凝土形成一定的约束作用,改善了剪力墙的脆性剪切破坏特征;HDC面层能有效提高剪力墙的受剪承载力、变形能力和耗能能力;在HDC面层中配置钢筋网片使加固面层斜裂缝开展延缓,可充分发挥HDC良好的拉伸性能和耐损伤性能,使加固试件在破坏阶段的刚度退化缓慢。基于软化桁架模型,考虑HDC加固层贡献,提出了加固试件的受剪承载力公式。     

Flexural behavior of geopolymer composites reinforced with steel and polypropylene macro fibers

Like ordinary Portland cement concrete, the matrix brittleness in geopolymer composites can be reduced by introducing appropriate fiber reinforcement. Several studies on fiber reinforced geopolymer composites are available, however there is still a gap to understand and optimize their performance. This paper presents the flexural behavior of fly ash-based geopolymer composites reinforced with different types of macro steel and polypropylene fibers with higher aspect ratio. Three types (length-deformed, end-deformed and straight) of steel fibers and another type of length-deformed polypropylene fiber with optimum fiber volume fraction of 0.5% are studied. The effects of different geometries of the fibers, curing regimes (ambient cured and heat cured at 60 °C for 24 h) and concentration of NaOH activator (10 M and 12 M) on the first peak strength, modulus of rupture and toughness of the geopolymer composites are investigated. The quantitative effect of fiber geometry on geopolymer composite performance was also analyzed through a fiber deformation ratio. The compressive strength, splitting tensile strength and flexural toughness are significantly improved with macro fibers reinforcement and heat curing. The results also show that heat curing increases the first peak load of all fiber-reinforced geopolymers composites. End-deformed steel fibers exhibit the most ductile flexural response compared to other steel fibers in both heat and ambient-cured fiber reinforced geopolymer composites.     

聚合物改性碳纤维增强混凝土的动态压缩力学性能

为探究聚合物改性碳纤维增强混凝土(PMCFRC)的动态压缩力学性能,利用直径Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,分别对碳纤维增强混凝土及聚合物体积分数为4vol%、8vol%、12vol%的PMCFRC进行了5组不同气压下的冲击压缩试验,获得了混凝土在不同应变率下的动态应力-应变曲线和破坏形态,分析了应变率和聚合物掺量对PMCFRC动态压缩强度、变形和韧性的影响规律。结果表明：PMCFRC的动态压缩强度、变形和韧性均具有明显的应变率强化效应,聚合物对PMCFRC的动态压缩力学性能既有强化效应,也有劣化效应。随着应变率的增大,PMCFRC的动态抗压强度、动态强度增长因子(DIF)、动态峰值应变、冲击韧性均逐渐增大。随着聚合物掺量的增大,PMCFRC的动态抗压强度、DIF、冲击韧性均先增大后减小,动态峰值应变不断增大。相同应变率水平下,4%PMCFRC的动态抗压强度、冲击韧性最大,破损程度最轻;8%PMCFRC的应变率敏感性最佳,DIF最大时达到1.94,对混凝土强度的增幅最大。聚合物一方面在混凝土基体中发挥着填充、阻裂、增韧作用,另一方面改善碳纤维-混凝土基体界面的粘结...