钢管再生混合混凝土徐变性能试验研究

为研究加载龄期对钢管再生混合混凝土徐变性能的影响,开展了12组试件的徐变试验,得到了不同加载龄期下的徐变系数-持荷时间和徐变应变-持荷时间曲线。分析了徐变系数的变化规律和不同算法预测试件徐变应变的有效性。研究结果表明：无论是钢管混凝土试件还是钢管再生混合混凝土试件,加载龄期越早,徐变系数越大,加载龄期对钢管再生混合混凝土试件徐变系数的影响较钢管混凝土试件小;加载龄期相同时,钢管再生混合混凝土试件的徐变系数较钢管混凝土柱的小,加载龄期越晚,两者相差越小。提出了基于Counto模型的龄期调整的有效模量法预测试件的徐变应变,计算结果与试验结果总体吻合良好。     

自密实PVA-ECC早期开裂性能试验研究北大核心

为研究纤维体积掺量对自密实聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(自密实PVA-ECC)早期抗裂性能的影响,基于分形理论分析了自密实PVA-ECC表面裂缝的分布特性,提出了约束状态下裂缝扩展模型。结果表明:掺入纤维使得自密实PVA-ECC试件表面裂缝更少、短、细,可有效抑制其表面早期裂缝的产生和扩展;掺0.1%纤维试件表面最大裂缝宽度及总开裂面积较未掺纤维试件分别降低28.41%、28.61%,纤维掺量增至0.4%时,试件表面无可见裂缝;自密实PVA-ECC试件表面早期裂缝分布具有分形特征;所提出的裂缝扩展模型能很好地预测自密实PVA-ECC早期收缩开裂规律,计算误差不超过6%。     

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料单轴受压强度与变形特性分析

通过对不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、水胶比、砂胶比的工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)进行单轴受压性能试验,测得了其抗压强度及单轴受压应力-应变全曲线,主要分析PVA-ECC的破坏形态、受压性能及试件尺寸、加载速率对PVA-ECC立方体抗压强度的影响。结果表明:随着PVA纤维体积掺量的增加,PVA-ECC的抗压强度、峰值应变及极限应变均明显增大,试件塑性变形能力也越好;水胶比增大,PVA-ECC的抗压强度降低,但试件达到峰值后延性增加;砂胶比为0.36时,PVA-ECC的抗压强度和压缩韧性最大。PVA-ECC的立方体抗压强度存在尺寸效应:f100cu∶f70.7cu∶f40cu=0.93∶1∶1.15;加载速率越大,PVA-ECC的立方体抗压强度越高,且对于不同强度的PVA-ECC,加载速率的影响趋势相同。根据试验结果得出立方体抗压强度、峰值应变与纤维体积掺量的关系、轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系。     

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金（SMA）/聚乙烯醇（PVA）混杂纤维增强水泥基复合材料（SMA/PVA-ECC）的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明：SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料（ECC）试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.     

PVA-ECC的弯曲韧性方板法试验研究

主要研究了PVA纤维体积掺量对纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)弯曲韧性的影响,对PVC纤维体积掺量分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PVA-ECC试件的抗压强度和方板法弯曲性能等进行试验研究,分析了PVA纤维在ECC中的作用机理,并对PVA-ECC方板进行能量评价。结果表明:PVA纤维体积掺量的改变对ECC材料的抗压强度影响甚微,PVA纤维体积掺量的增加对方板法弯曲韧性试验中ECC试件的初裂荷载影响不大,但峰值荷载有明显的提高,跨中挠度增加明显且裂缝宽度减小;PVA-ECC方板弯曲韧性随PVA纤维体积掺量增大而提高且体积掺量为2.0%时增韧的效果最佳。     

粉煤灰对高强混凝土收缩徐变的影响试验研究及其修正模型

粉煤灰对高强混凝土收缩徐变的影响直接关系到结构长期性能的合理确定。制作粉煤灰掺量分别为0、12%和24%的100mm×100mm×400mm的C50混凝土棱柱体试件,在试验室条件下进行收缩及不同加载龄期的徐变试验,研究了粉煤灰对高强混凝土收缩徐变的影响。根据试验结果评估了目前常用的4种相关规范公式对高强混凝土收缩徐变的适用性,并引入粉煤灰影响系数以综合反映粉煤灰掺量和加载龄期对高强混凝土收缩徐变的影响,根据试验结果和现有研究成果提出了其修正模型。分析结果表明,JTG D 62和GL 2000推荐的收缩徐变预测模式与基准试件实测结果较为吻合,验证结论亦说明所引入的粉煤灰影响系数可应用于掺粉煤灰高强混凝土的收缩徐变预测。     

自密实PVA-ECC早期开裂性能试验研究

为研究纤维体积掺量对自密实聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(自密实PVA-ECC)早期抗裂性能的影响,基于分形理论分析了自密实PVA-ECC表面裂缝的分布特性,提出了约束状态下裂缝扩展模型。结果表明:掺入纤维使得自密实PVA-ECC试件表面裂缝更少、短、细,可有效抑制其表面早期裂缝的产生和扩展;掺0.1%纤维试件表面最大裂缝宽度及总开裂面积较未掺纤维试件分别降低28.41%、28.61%,纤维掺量增至0.4%时,试件表面无可见裂缝;自密实PVA-ECC试件表面早期裂缝分布具有分形特征;所提出的裂缝扩展模型能很好地预测自密实PVA-ECC早期收缩开裂规律,计算误差不超过6%。     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石抗弯拉强度试验研究

根据试验结果,分析了试件养护龄期、聚丙烯纤维体积掺量以及水泥掺量的变化对聚丙烯纤维水泥稳定碎石抗弯拉强度的影响,结果表明,聚丙烯纤维的掺加能提高水泥稳定碎石抗弯拉强度;随着试验龄期的增长,抗弯拉强度不断增长;聚丙烯纤维体积掺量小于0.1%时,随着纤维体积掺量的增加,水泥稳定碎石抗弯拉强度有不断增加的趋势;随着水泥掺量的增加,聚丙烯纤维水泥稳定碎石抗弯拉强度基本呈线性增加。     

Experimental research on influence of multi-level loading on axial compression behavior of concrete-filled circular steel tubular short columns

为研究连续性施工模式下早龄期钢管混凝土的力学性能,进行了6个圆形钢管混凝土短柱的多级加载试验,分析了初应力度、加载时间间隔、加载级数三个多级加载制度影响参数,并对多级加载后混凝土龄期为28d的试件进行了轴压承载力试验。试验结果表明：多级加载下早龄期圆形钢管混凝土短柱的徐变比较明显,不能忽略;不同加载制度下,试件初应力度越大、加载时间间隔越短、加载级数越多,其变形值越大;多级加载过程对圆形钢管混凝土短柱28d后的承载力影响较小。     

再生混凝土长龄期强度与收缩徐变性能

通过改变再生粗骨料取代率,并考虑引气剂的影响,对再生混凝土长龄期下的立方体抗压强度和收缩性能进行试验;采用不同的加载龄期,对再生粗骨料取代率为50%的再生混凝土徐变性能进行试验研究;建立了再生混凝土长龄期强度推算公式。结果表明:长龄期下再生混凝土的立方体抗压强度变化规律与普通混凝土基本一致,28d龄期再生混凝土的立方体抗压强度随再生粗骨料取代率的增加而降低;再生混凝土的收缩随再生粗骨料取代率的增加而增加,添加粉煤灰、矿粉等矿物外掺料可以使再生混凝土收缩降低;加载龄期对于再生混凝土徐变值有影响,加载龄期越早,再生混凝土徐变值越大;利用所建立的强度推算公式计算得到的强度值与试验结果比较吻合,并且优于欧洲CEB-FIP Model Code 1990规范建议公式的计算结果。     

箍筋约束ECC轴心受压性能试验研究

为研究箍筋约束工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)的受压性能,对12组共36个箍筋约束的配筋ECC圆形截面短柱进行了轴心受压试验,分析了箍筋屈服强度和间距、ECC强度与PVA纤维体积掺量对约束ECC应力-应变曲线的影响。结果表明：试件的破坏形态均为纵筋压屈、核心ECC压碎,由于PVA纤维的桥接作用,提高了柱的整体性,保护层ECC外鼓但并未剥落;提高箍筋屈服强度、减小约束箍筋间距、采用低强度ECC及增加PVA纤维体积掺量,约束ECC应力-应变曲线的下降段较为平缓,短柱的延性得到改善,相对于较强的箍筋约束作用,PVA纤维对约束ECC变形的影响则较小。基于试验结果的分析,提出了考虑有效约束指标与PVA纤维体积掺量的箍筋约束ECC峰值应力及其对应应变计算式,建立了约束ECC应力-应变全曲线方程,计算曲线与实测曲线吻合较好。     

PVA-FRCC收缩性能试验研究

通过10组不同配合比的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA FRCC)试件的收缩试验,研究了纤维体积分数、水胶比、砂胶比及不同养护环境下PVA FRCC试件的收缩性能.结果表明：PVA纤维的掺入减小了基材的收缩,但效果有限;PVA FRCC试件的收缩随水胶比的减小、砂胶比的增大及周围介质相对湿度的升高而减小.另外,根据试验结果并结合现有混凝土材料收缩计算模型,提出了PVA FRCC收缩估算模型,比较后发现,估算模型的计算值与试验值具有较高的吻合度.     

混杂PVA-ECC配合比优化设计及力学性能试验研究

为了降低工程用水泥基复合材料(ECC,Engineered Cementitious Composites)制造成本,使ECC能够在实际工程中大规模应用,将中国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC。基于ECC的材料设计理论,兼顾抗压强度和受拉能力,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC中的纤维体积含量进行了优化设计。通过四点弯曲试验和轴心抗压试验,研究了混杂PVA-ECC在不同龄期下的弯曲性能和抗压性能。试验结果表明,混杂PVA-ECC试件均表现出明显的应变硬化和多缝开裂的特征,此外,其抗压强度后期增长明显。基于UM法,提出一种改进的反分析方法,可利用四点弯曲试验结果推导ECC的极限拉伸应变,并与试验结果进行了比较,结果表明,通过建议的反分析方法得到的预测值与试验值吻合较好。     

高延性水泥基复合材料高温作用后的拉伸性能

高温是高延性水泥基复合材料(ECC)在服役过程中可能面临的最不利工况之一,对比研究了聚乙烯醇纤维增强ECC(PVA-ECC)与钢纤维/聚乙烯醇纤维混杂增强ECC(HyECC)在常温以及200℃、400℃、600℃高温作用后的拉伸性能。研究发现,常温下利用钢纤维等量替代PVA纤维将劣化PVA-ECC的拉伸应变硬化能力。高温对PVA-ECC和HyECC的拉伸强度和拉伸韧性均有明显的劣化作用,高温作用后均已不具备拉伸应变硬化能力;PVA-ECC的拉伸强度与拉伸韧性随温度呈指数型衰减,钢纤维可以减缓HyECC拉伸强度与拉伸韧性的衰减速率;高温作用改变了PVA-ECC和HyECC的微观结构,PVA纤维在200℃时的软化以及400℃后的分解是2种ECC材料拉伸性能高温劣化的主要原因。     

国产PVA纤维增强水泥基复合材料力学性能研究

工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)的高延性、高韧性和独特的多缝开裂特性,满足可持续发展社会对基础设施建设高安全性和高耐久性的要求。目前配置ECC的聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol,简称PVA)主要由日本可乐丽公司生产,成本较高,使ECC在实际工程中的大规模应用变得十分困难。为此,研究国产PVA-ECC的可行性及制备方法十分必要。首先基于微观力学模型,对采用国产PVA纤维配制ECC的可行性进行了探讨,并通过参数分析,确定了国产PVA-ECC配合比的优化方向。对设计的11组不同配合比的ECC试件进行单轴压缩试验和四点弯试验,研究水泥/粉煤灰比、水胶比、PVA纤维体积掺量对ECC抗拉强度、弯曲韧性和抗压强度的影响,据此提出了国产PVA-ECC的较优配合比。国产PVA-ECC的研发,降低ECC的成本,使得ECC大量应用于工程实践成为可能。     

纤维掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响

为更好地掌握再生砖粉超高韧性水泥基复合材料(ECC)的工作性能和力学性能,为再生砖粉ECC的研究与推广提供依据与参考,通过试验研究了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响。结果表明:再生砖粉全取代石英砂会在一定程度上削弱ECC的力学性能; 随着PVA纤维体积掺量在1.25%～2.0%范围内不断增加,再生砖粉ECC拌合物流动性不断下降; 再生砖粉ECC抗折强度先增大后减小,纤维体积掺量为1.75%时抗折强度最大; 抗压强度随纤维掺量的增加而减小,在纤维体积掺量1.5%～1.75%范围内下降幅度最为明显; 压折比不断下降,材料柔韧性增加; 抗弯强度、弯曲开裂挠度与极限挠度随纤维掺量的增加而增大,试件表现出更好的韧性; 拉伸开裂应变与极限应变随纤维掺量的增加不断增大,拉应变硬化特征明显; 再生砖粉ECC四点弯曲试验中的极限跨中挠度和单轴拉伸试验中的极限应变具有较好的线性相关关系。     

Flexural behavior of ECC hollow beams incorporating different synthetic fibers

Twelve ECC beams with three different fiber types, along with four normal concrete beams, were tested in this study to evaluate the influence of cross-sectional hollowing on their flexural performance. The fiber types used were nylon monofilament (NM), low-cost untreated polyvinyl alcohol (PVA), and polypropylene (PP). Three different square hole sizes of 60, 80, and 100 mm with cross-sectional hollowing ratios of 0.16, 0.28, and 0.44, respectively, were adopted for each group of beams in addition to a solid beam. All beams were tested under four-point loading using a displacement-controlled testing machine. The test results showed that ECC beams can mostly withstand higher cracking and ultimate loads compared to their corresponding normal concrete versions. The results also showed that both the ductility and toughness of the ECC beams are higher than those of the normal concrete beams and that the ductility values of the hollow beams with a hole size of 60 mm are higher than those of the corresponding solid beams. Moreover, hollow ECC beams with hole sizes of 60 and 80 mm exhibited a higher ductility than a solid normal concrete beam.     

碳纤维编织网增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的试验研究

短纤维增强超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,通常称为ECC材料)可以将传统水泥基材料在抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂缝的微观开裂模式,其极限拉伸应变可达2%甚至达6%,具有典型的应变硬化特性、显著的韧性特征和优良的耐久性能。纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)同样是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,在这种复合材料结构中,直接将纤维粗纱沿混凝土结构中的应力主向连续布置,纤维对基体的增强效果得到了显著提高。采用纤维编织网与PVA短纤维相结合研究开发新型混凝土结构防裂新技术,结合PVA短纤维增强ECC和纤维编织网两种材料的优点,可以获得更为优良的抗裂和控制裂缝的能力,从而极大程度地提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。通过四点弯曲试验,研究纤维编织网表面处理方法、水胶比、PVA纤维掺量对此种复合材料裂缝控制能力和承载能力的影响,并与TRC的弯曲性能作了比较。     

FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型

为建立纤维增强复合材料(FRP)约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,分析了国内外305个轴心受压FRP约束混凝土圆柱试件的试验结果。分析表明,纤维特征值、FRP层合结构和加载方式是影响FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系的3个主要因素。通过分析试验结果和已有的模型,提出了一个考虑上述3个因素的改进的FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,该模型包括强化型和软化型两种类型。比较表明,该模型与试验结果的符合程度好于已有模型。     

PVA纤维增强混凝土框架柱抗震性能数值分析

为了研究低周往复荷载作用下PVA纤维增强混凝土框架柱的抗震性能,基于有限元模拟软件Open Sees,采用纤维模型对PVA纤维增强混凝土柱和普通钢筋混凝土柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行数值模拟,从柱滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能及耗能能力方面对数值模拟结果与试验结果进行对比分析,校准采用的PVA纤维增强混凝土本构模型参数。在此基础上,重点分析了PVA纤维增强混凝土柱剪跨比、轴压比等参数对其抗震性能的影响。参数分析结果表明:随着柱剪跨比的增加,位移延性系数先增后减,在剪跨比为3时达到最大,极限位移角随剪跨比的增加而增加;随着柱轴压比的增加,位移延性系数和极限位移角均减小。