膨胀剂对约束条件下UHPC早期抗裂性能影响的试验研究

超高性能混凝土(UHPC)在钢桥面铺装结构中由于铺装材料受到钢板、栓钉等的约束,加上材料本身水胶比小,更易收缩,早期容易承受拉应力导致开裂。通过在拌和过程中添加膨胀剂可以起到减小收缩的作用,但该方法对于约束条件下的UHPC铺装的早期抗裂性能提升是否有促进作用,仍需通过更多试验进行合理评估和深入研究。通过圆环法对3组不同配方的UHPC在均匀约束条件下的早期抗裂性能进行定量测试,并将试验数据进行回归分析和计算,得到了各组的平均应力发展速率,进而评估了各组的开裂风险等级。试验结果表明,通过在UHPC中加入适量膨胀剂,可使其最终收缩应力减小,并可降低其收缩应力发展速率,进一步降低其在约束条件下的开裂风险。     

预制桥面板 ＵＨＰＣ湿接缝的界面受力性能研究

为确定合理的界面间约束与接触关系,采用ＡＢＡＱＵＳ中3种不同的约束与接触关系基于现有试验试件进行模拟,将数值分析结果与试验结果与进行对比分析。研究表明:采用内聚力模型的有限元模型破坏形态与试验结果较为一致,绑定约束次之,而采用接触摩擦模型的有限元模拟结果与试验差别最大;以试验开裂荷载与极限荷载为分析对象,绑定约束与内聚力模型的数值分析结果与试验吻合较好,而接触摩擦模型的数值分析结果与试验差异较大;与绑定约束模型相比,内聚力模型能够较好地模拟试件界面的损伤。因此,当采用ＡＢＡＱＵＳ进行预制桥面板与ＵＨＰＣ湿接缝的界面受力的有限元分析时,宜采用内聚力模型或绑定约束模型,不宜采用接触摩擦模型。     

超高性能混凝土(UHPC)在桥面板体系中的应用2020年度研究进展

超高性能混凝土（UHPC）与正交异性钢桥面板的组合是近年来桥梁工程中新材料、新构造研究的典型范例。UHPC桥面板的刚度较大,可以有效减小桥面板中的局部变形,从而明显降低正交异性钢桥面板中的疲劳应力幅,改善其抗疲劳性能。从新构造、剪力连接件性能、组合桥面板基本力学性能、组合桥面板疲劳性能及UHPC材料与构件力学性能等几个方面对UHPC-正交异性钢桥面板组合体系的研究进展进行综述,其内容主要为2020年以来发表的工作,部分兼及更早的研究成果。     

An experimental and numerical study of reinforced ultra-high performance concrete slabs under blast loads

Ultra-high performance concrete (UHPC) which is characterized by high strength, high ductility and high toughness has been widely applied in modern structure construction. Outstanding mechanical feature of UHPC not only enables strong yet slim structure design but also highlights its potential in protective engineering against extreme loads like impact or explosion. In this research a series of reinforced concrete slabs are tested to determine their response under explosive loading conditions. Concrete materials used in the slab construction are ultra-high strength concrete (UHPC) and normal strength concrete (NSC). In total five slabs are tested including four UHPC slabs with varying reinforcement ratios and one control NSC slab with normal reinforcement. Explosive charges with TNT equivalent weights ranging from 1.0 to 14.0 kg at scaled distances ranging from 0.41 to 3.05 m/kg^1/3 are used in the current experiments. Test results verified the effectiveness of UHPC slabs against blast loads. Numerical models are established in LS-DYNA to reproduce the field blast tests on UHPC slabs. The numerical results are compared with the field test data, and the feasibility and validity of the numerical predictions of UHPC slab responses are demonstrated.     

超高性能混凝土抗压强度尺寸效应及收缩特性

研究了钢纤维体积分数、膨胀剂种类及掺量对不同尺寸的超高性能混凝土(UHPC)试件28d抗压强度及自成型27h后至180d收缩特性的影响.结果表明:以40mm立方体试件抗压强度为基准,不掺膨胀剂时100mm立方体试件的抗压强度换算系数为0.75～0.80,而掺有膨胀剂的100mm立方体试件抗压强度换算系数为0.74～0.80;UHPC的收缩形式以自收缩为主,约占其总收缩量的87.0%～92.7%,掺加钢纤维能够有效降低其收缩量;试验选用的EA1膨胀剂因水化速率过快,在UHPC收缩测试前已基本完全水化,造成试件内部自干燥作用加强,因此增大了UHPC的收缩量;选用的EA2膨胀剂能与空气中的水蒸气及试件内部的水分发生反应并产生持续的膨胀效果,因此在实际应用时应注意控制其掺量,以保证UHPC的体积稳定性.     

UHPC浆体的工作性和流变性与颗粒膜层厚度的关系

建立超高性能混凝土(UHPC)浆体的工作性和流变性之间的关系可从理论上研究其工作性变化规律。本文以颗粒膜层厚度为UHPC浆体的工作性的综合衡量指标,设计了正交试验,研究水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量对UHPC浆体的工作性与流变性的影响。根据流动度和流变性测试结果,分析了水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用对UHPC浆体的工作性与流变性的影响,探究了UHPC的净浆与砂浆的工作性关系,基于浆膜层厚度给出了UHPC砂浆的工作性与流变性的关系式。研究结果表明:水胶比是UHPC浆体的工作性与流变性的最主要影响因素,水胶比、超细粉煤灰替代率和硅灰掺量提高均造成UHPC浆体的颗粒表面膜层厚度增大;水胶比和超细粉煤灰替代率的共同作用下,UHPC浆体的流动度和黏度系数具有相关性。     

#br# 大比例预应力UHPC-T形梁抗弯性能试验研究

为研究预应力UHPC梁的力学性能及结构设计方法,进行了一片大尺寸T梁的弯曲试验,获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要结果。利用现有研究成果,考虑UHPC材料的受拉性能影响,给出了修正的受拉应力-应变关系曲线,建议了极限状态下截面应力应变分布模式,由此改进了开裂荷载和极限承载能力的计算方法,并获得了相应结果。分析结果很好地预测了试验梁的荷载-位移曲线及极限承载力大小;基于平截面假定,考虑UHPC材料的非线性性能,编制了UHPC梁全过程非线性分析程序,理论分析和程序计算的结果与试验结果吻合良好。以此为基础,进而分析了预应力配筋率及张拉应力大小,以及高跨比对结构抗弯承载能力的影响规律,为UHPC梁的应用提供参考。结果表明：预应力UHPC梁具有良好的延性和变形性能,其开裂弯矩可按我国桥规公式计算,并宜考虑UHPC的受拉塑性;UHPC的受拉性能对其抗弯承载能力有贡献、但不大;适当增加预应力筋面积,可充分利用UHPC的超高抗压强度,并能有效提高UHPC梁的开裂弯矩、极限承载能力大小。     

织物增强混凝土的纤维协同等代效应对约束混凝土的影响分析

通过ABAQUS对织物增强混凝土拉伸性能及其永久模壳加固混凝土柱的轴压性能进行了数值分析,在材料层面研究了短纤维掺量、纤维织物层数对水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)拉伸性能的影响; 在结构层面研究织物增强超高性能混凝土模壳对不同强度核心区混凝土的约束效率及纤维织物和短纤维间的替代关系。结果表明:织物合理的替代部分短纤维能够进一步提升材料的拉伸性能,对于适宜的短纤维掺量会使纤维分散程度更好,获得更高的开裂强度,与织物取得更好的协同效应,同时织物的存在显著提升了基体的应变硬化,带来了更高的极限强度,并明显改善了UHPC的延性; 材料性能的提升随之反映在结构方面性能的提升,随着纤维织物层数的增加,模壳能明显提升加固柱的承载力和延性; 相同条件下模壳对高强度混凝土的约束提升效率降低,对于该研究模型,2层碳纤维增强复合材料(CFRP)织物能够充分取代5%体积含量的钢纤维,并在加固普通混凝土柱时取得更优异的性能。     

超高性能混凝土-普通混凝土界面抗剪性能试验研究

力学性能和耐久性优异的超高性能混凝土(UHPC)非常适用于损伤普通混凝土(NC)结构的修复加固,其中UHPC-NC界面的抗剪性能对确保良好的加固效果至关重要。论文通过7组抗剪推出试验,评估NC表面光滑、凿毛、露筋、刻槽、钻孔和植筋等UHPC-NC界面的抗剪性能和破坏模式;并利用斜剪试验,探讨UHPC龄期、NC基体湿润度、NC表面粗糙度和UHPC养护条件对界面抗剪强度的影响。试验结果表明,UHPC-NC界面抗剪黏结性能优异,界面破坏方式基本为NC剪切破坏或界面+NC破坏两种模式,未出现完全的界面剥离破坏。NC表面粗糙度是影响界面抗剪强度的主要因素,凿毛或刻槽的UHPC-NC界面获得了最佳的抗剪承载力,植筋和刻槽界面在抗剪破坏时表现出较好的延性。此外,NC越湿润,UHPC-NC界面的抗剪强度越高,在UHPC早期龄期(3～7d)时界面可获得绝大部分抗剪强度(88.5%～95.0%),在常温养护条件下UHPC-NC界面的抗剪性能优于高温养护界面。