钢-钢筋混凝土塔式组合结构模型振动台试验研究

对一利用太阳能发电的钢-钢筋混凝土塔式组合结构原型进行1/18缩尺比模型设计,并开展了模型结构模拟地震振动台试验,以研究结构的抗震性能。通过分析试验中加速度响应、位移响应和应变响应,得到钢-钢筋混凝土塔式组合结构在地震激励作用下的受力性能。结果表明：钢-钢筋混凝土塔式组合结构底部在水平向地震作用下,承受巨大的剪力,最早出现严重的水平向贯通性破坏裂缝;加速度放大系数沿着结构高度升高而逐渐增大;随着台面激励加速度输入值的增大,加速度放大系数逐渐减小;位移反应随着结构高度增加而逐渐增大,塔顶结构有明显的鞭梢效应;8度罕遇地震作用下,X向最大位移172mm;混凝土筒壁最薄处,结构应变反应最大。钢塔顶结构的塔柱底部和底部斜杆应力较大,出现了局部屈曲变形。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

带键槽梁底筋锚入式预制梁柱连接塑性铰长度研究

针对混凝土构件在反复荷载作用下的受力特点,提出了拉-压综合塑性铰长度概念;通过低周反复荷载试验,研究了带键槽梁底筋锚入式预制梁柱连接的塑性铰特点,并得出了拉-压综合塑性铰长度的试验结果;以Panagiotakos模型为基础,提出了考虑预制形式、混凝土局部横向约束和配筋率影响的修正塑性铰长度模型。结果表明：拉-压综合塑性铰长度可综合反映反复荷载作用下塑性铰的损伤情况;带键槽梁底筋锚入式预制梁柱连接塑性铰形态与现浇对比试件略有差别;修正的塑性铰长度模型可以较好地预测该类梁柱连接拉-压综合塑性铰长度。     

U形预应力钢板箍加固T形截面钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

为改进T形截面钢筋混凝土(RC)梁的受剪加固工艺,提出了一种采用U形预应力钢板箍对T形截面RC梁进行受剪加固的技术。采用简支梁跨中集中力加载的方法,完成了1个足尺未加固RC梁和5个足尺加固RC梁的单调静载试验,研究U形钢板箍间距和预应力水平对加固RC梁受剪性能的影响。通过试验得到了试件的损伤发展过程、破坏形态、荷载-变形曲线以及钢板箍、钢筋和混凝土的应变曲线。研究表明：采用U形预应力钢板箍可有效提高既有T形截面RC梁的斜截面受剪承载力,试件受剪承载力随钢板箍间距的减小而提高,最大提高幅度可达46.1%。当钢板箍间距小于400mm时,加密钢板箍对试件受剪承载力的提高作用逐渐减弱。钢板箍预应力水平在0.35以上时,进一步提高预应力水平对试件受剪承载力无明显影响。提出了U形预应力钢板箍加固T形截面RC梁受剪承载力的计算式,计算结果与试验结果吻合良好,可为既有T形截面RC梁的加固设计提供参考。     

钢纤维轻骨料混凝土单轴受压应力-应变曲线研究

采用100%烧结膨胀页岩陶粒作为粗细骨料,以占胶凝材料总质量20%的粉煤灰等质量替代水泥作为胶凝材料,按绝对体积直接计算法设计并制备了钢纤维全轻混凝土。以水泥强度等级（42.5和52.5）、钢纤维体积率（0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%）为参数,进行了钢纤维全轻混凝土轴心抗压试验研究,分析了钢纤维全轻混凝土单轴受压破坏形态及其应力-应变曲线特征。结果表明：钢纤维全轻混凝土单轴受压应力-应变曲线的峰值应力及其对应应变随钢纤维体积率和水泥强度等级的提高呈现增大趋势;钢纤维体积率的增加使试件的破坏形态由脆性向塑性转变。结合相关文献研究成果,对轻骨料混凝土（砂轻混凝土、全轻混凝土）和钢纤维轻骨料混凝土（钢纤维砂轻混凝土、钢纤维全轻混凝土）单轴受压应力-应变曲线进行了综合分析,提出了两类混凝土单轴受压应力-应变曲线统一计算模型及其特征点计算公式。     

钢筋混凝土缺角板受弯性能试验研究

为了研究混凝土缺角板的受弯性能,设计制作了角部不同开孔大小的7块钢筋混凝土四边简支板,并进行了静力受弯性能试验。结果表明：缺角板跨中区域钢筋先于板四周区域钢筋屈服,随后屈服范围不断扩展并往四角延伸,最终板顶缺角处沿与板边大致成45°方向的混凝土被压碎;开孔系数(板角所开孔洞边长与跨度的比值)为0.05、0.08、0.10、0.12、0.15和0.20的缺角板极限荷载较矩形板的极限荷载分别降低5.98%、10.35%、21.37%、23.63%、38.50%和49.29%,开裂荷载、屈服荷载基本随开孔系数的增大而降低。根据钢筋混凝土板塑性极限分析的塑性铰线法,对6块不同开孔系数混凝土缺角板提出了4种塑性铰线模式,并利用虚功原理建立缺角板极限荷载计算公式,极限荷载计算值与试验值吻合较好,验证了所提出的塑性铰线模式的合理性,及利用虚功原理建立缺角板极限荷载计算公式的可行性。引入一个与开孔系数相关的系数对塑性铰线模式进行简化,简化公式得出的计算值与试验值吻合较好。     

复合配筋预应力混凝土管桩抗弯性能试验和数值分析

开发研制了复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩(以下简称PRC-G桩),并进行了抗弯性能的现场抗弯试验和数值分析。试验研究结果表明,GFRP筋可以明显改善常规管桩的抗弯性能,其开裂荷载和极限荷载均有显著的提高,破坏时PRC-G桩均是受压区混凝土破碎而PRC桩的预应力筋被拉断;数值分析结果表明,PRC桩破坏时,预应力钢筋达到屈服强度1 420 MPa,PRC桩受压区混凝土未达到标准抗压强度,桩身未被破坏;PRC-G桩破坏时,受压区混凝土最大压应力为52.03 MPa,受压区混凝土破碎,管桩破坏。抗弯数值模拟和抗弯试验的结果表明,两者的荷载-挠度曲线的规律基本一致。研究成果可为复合配筋(GFRP筋)预应力混凝土管桩在工程中的推广应用提供理论依据。     

废弃纤维再生混凝土受压徐变及预测模型

为研究再生粗骨料替代率、废弃纤维体积掺入量对废弃纤维再生混凝土受压徐变破坏时间、徐变变形和徐变度的影响规律,对普通混凝土、再生混凝土和废弃纤维再生混凝土试件在实验室条件下进行了85%、90%和95%应力水平的徐变试验。试验结果表明：随着再生粗骨料替代率的增加,徐变破坏的时间缩短、徐变变形及徐变度增大;随着废弃纤维体积掺入量的增加,徐变变形及徐变度减小,徐变破坏时间增加。废弃纤维的加入能有效缓解再生混凝土受压徐变的破坏程度。在考虑再生粗骨料替代率及废弃纤维体积掺入量的基础上,对ACI209R徐变预测模型进行修正,模型预测结果与试验值吻合较好。     

纳米SiO2超高强高流态混凝土及改性机理

通过正交试验提出纳米超高强高流态混凝土的胶凝材料配合比设计参数,并研究了纳米SiO_2的掺入对传统掺硅灰、粉煤灰超高强水泥基胶凝材料强度及工作性能的影响。在保证水胶比不变的条件下,开展了混凝土配合比试验,并研究了纳米SiO_2对混凝土抗压强度的影响及其微观机理。结果表明:超高强高流态混凝土中胶凝材料最优比例为:纳米SiO_2:硅灰:粉煤灰:水泥=1:8:20:71;在胶凝材料用量为600～1 000kg/m~3范围内,随着其掺量的增加,混凝土流动度不断增加,抗压强度先增大后减小,当其掺量为800kg/m~3时,抗压强度最大。分析认为,纳米SiO_2、硅灰与粉煤灰形成的三元多尺度堆积体系能优化粉体材料在混凝土中的微集料密实填充效应,纳米SiO_2的二次水化反应也有效改善了硬化水泥石的微观结构,并优化其形态分布,进一步增大其强度。     

海洋环境下混凝土的硫酸盐腐蚀机理

海水中存在的硫酸根离子传输至混凝土内部将导致其腐蚀破坏。针对矿粉掺量0～65%的C40引气混凝土进行海洋潮汐区、大气区和水下区腐蚀1～2a,测试其水溶和酸溶硫酸根离子浓度分布;分析水泥净浆中的腐蚀产物类型及含量。试验结果表明:海洋不同腐蚀区带混凝土中硫酸根离子传输量及传输深度排序为:潮汐区水下区大气区。混凝土中反应硫酸根离子与总硫酸根离子的关系服从线性函数分布,反应量占总硫酸根离子量的90%以上,反应的硫酸根离子量随腐蚀龄期增加而增加。海洋潮汐区和水下区生成的腐蚀产物量高于大气区,主要是钙矾石和石膏;海洋大气区暴露混凝土的腐蚀产物为钙矾石。对于P.I.52.5水泥制备的C40混凝土而言,掺加65%的矿粉有助于提升混凝土抗海洋硫酸根离子侵蚀能力。