钢纤维增强混凝土桩基厚承台空间拉杆拱传力模型的建立

基于 9个三桩承台和 1 5个四桩承台的模型试验 ,详细分析了承台的破坏形态和力学性能 ,以及钢纤维混凝土 (SFRC)用于桩基承台的优越性 ;通过对SFRC桩基承台模型进行全过程材料非线性计算 ,分析承台的裂缝扩展情况、应力分布规律和传力机理。综合有限元计算和试验研究结果 ,提出了桩基厚承台的空间拉杆拱或软化桁架传力模型 ,为《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》的修订提供理论支持和试验依据     

钢纤维混凝土二桩厚承台的试验研究

为了研究钢纤维增强混凝土(SFRC)二桩厚承台的传力机理和破坏模型,以及钢纤维在混凝土二桩厚承台中的作用,对30个混凝土和钢纤维混凝土二桩承台进行了静力加载试验和非线性有限元分析,探讨了钢纤维混凝土二桩厚承台的开裂荷载、极限荷载、裂缝开展、承台内部应变分布、钢筋应力分布等力学性能。结果表明:钢纤维的掺入能有效提高混凝土承台的开裂荷载和极限荷载,阻碍裂缝的发展,降低承台的厚度;钢纤维混凝土二桩厚承台破坏形态为冲切破坏,其传力模型符合拉杆拱模型或桁架模型。提出了基于桁架模型的钢纤维混凝土二桩厚承台承载力设计计算公式,其计算值与试验值吻合较好。该研究成果可为有关规程的编制及实际工程的应用提供参考。     

钢纤维混凝土六桩双柱厚承台试验研究及理论分析

为了研究钢纤维混凝土六桩双柱厚承台受力模型和传力机理,对6个试件进行静力加载试验和非线性有限元分析,探讨了钢纤维混凝土六桩双柱厚承台开裂荷载、极限荷载、裂缝开展、承台内部应变分布、钢筋应力分布等力学性能。结果表明:钢纤维的掺入能有效提高混凝土承台的开裂荷载和极限荷载,延缓承台的开裂,阻裂效果明显;钢纤维混凝土双柱六桩厚承台破坏形态为冲切破坏,其传力模型符合空间拉压杆模型。提出了基于拉压杆模型的承载力设计计算公式,其计算值与试验值吻合较好;最后给出基于拉压杆模型的双柱承台的设计建议,便于实际工程中应用。     

定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂细观数值模拟

采用随机生成算法投放钢纤维,建立了随机乱向、定向钢纤维增强水泥基复合材料（SFRC、ASFRC）三点弯曲梁细观有限元数值模型,计算了不同纤维掺量下SFRC试件和ASFRC试件加载断裂的全过程,分析了三点弯曲梁开裂截面处的纤维应力,研究了定向钢纤维的细观增强机理.结果表明：SFRC试件和ASFRC试件荷载-裂缝张开口位移全曲线的模拟值与试验值符合较好,峰值荷载的误差在10%以内;SFRC试件和ASFRC试件的峰值荷载与纤维合力的最大值均随着纤维掺量的增加而增大,当纤维掺量为0.8%、1.2%、2.0%时,ASFRC试件的峰值荷载较SFRC试件提高了75%、111%、141%,纤维合力的最大值较SFRC试件增大了202%、144%、127%;定向钢纤维可以有效改善水泥基复合材料的断裂性能,显著提高钢纤维的利用率,延缓裂缝的扩展.     

单向分布钢纤维增强水泥基复合材料（Ⅲ）：断裂性能

通过三点弯曲试验,分析比较了单向分布与乱向分布钢纤维混凝土的极限荷载、断裂韧度、断裂能和裂缝尖端开口位移.结果表明:与乱向分布钢纤维混凝土相比,单向分布钢纤维混凝土极限荷载、断裂韧度、断裂能和裂缝尖端开口位移均有明显提高.单向分布钢纤维混凝土断裂性能明显优于乱向分布钢纤维混凝土.单向分布钢纤维混凝土中有更多的钢纤维桥接裂缝两边并有效承受荷载,使其断裂性能明显提高.     

钢纤维高强混凝土四桩承台受弯性能及承载力计算方法研究

为研究钢纤维高强混凝土四桩承台的受力性能,基于17个钢纤维高强混凝土承台试件的受弯试验,分析了不同钢纤维体积率、承台有效厚度、钢筋配筋率、混凝土强度承台的裂缝开展和破坏形态、荷载 挠度曲线、钢筋和混凝土应变特征以及承台破坏机理。结果表明：底部配筋率为0.16%~0.52%的钢纤维高强混凝土四桩承台呈现受弯破坏形态,弯曲拉应力由钢筋和钢纤维混凝土共同承担;随着承台有效厚度和钢纤维体积率的增加,承台受弯承载力显著提高。依据研究结果提出了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯破坏计算模型,建立了钢纤维高强混凝土四桩承台受弯承载力计算式,为完善CECS 38：2004《纤维混凝土结构技术规程》提供参考。     

隧道与斜井交叉段用钢纤维砼支护受力研究

空间交叉结构受力复杂性及其支护结构适应性是近年来长大公路隧道亟待解决的关键技术问题。采用喷射钢纤维混土做永久衬砌以替代复合式衬砌,可满足交叉结构承受弯曲应力作用下强度要求,同时从根本上解决了支护结构的施工性问题。从钢纤维混凝土(SFRC)抗拉韧性性能研究入手,通过四点弯曲试验,获得了钢纤维混凝土的裂缝宽度w与裂缝高度关系以及钢纤维混凝土开裂后拉应力随裂缝宽度增加而降低的拉伸软化曲线。在有限元计算中,引入应变软化模量以及剪切滞后因子两个特征参数,对云山隧道与斜井(3#)钢纤维混凝土交叉支护结构进行三维有限元数值模拟,探明了钢纤维混凝土支护隧道交叉连接段局部范围内位移变形、裂缝分布、接触应力等演化的施工力学行为,研究结果可为采用钢纤维混凝土做永久结构设计、施工以及合理支护参数选择提供有益参考。     

钢纤维高强混凝土三桩承台承载力影响因素分析

通过10个钢纤维高强混凝土三桩承台试验,结合对钢纤维高强混凝土三桩桩基承台受力性能的研究,对承台开裂荷载和极限承载力的主要影响因素混凝土强度、钢纤维体积率、承台有效厚度、配筋率及钢纤维类型进行了深入分析.研究表明:随着混凝土强度、钢纤维体积率、承台有效厚度的增加,三桩承台的承载力有明显的提高,同时配筋率和钢纤维类型对三...     

钢纤维混凝土抗冲击性能及其阻裂增韧机理

采用自制落锤冲击试验装置,以韧性系数和延性比来评价钢纤维混凝土(SFRC)的韧性,研究了钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响.以纤维分散系数表征钢纤维分布的均匀程度,对冲击面裂缝进行观测,并对冲击断面纤维分布进行了统计计算,分析了冲击荷载作用下钢纤维混凝土的阻裂效应及增韧机理.结果表明:钢纤维的掺入可显著提高混凝土的抗冲击性能;在钢纤维掺量(体积分数,下同)为0.8%时,钢纤维混凝土的延性比超过15%,其韧性系数随钢纤维掺量的提高而增大,在钢纤维掺量为1.0%时达到最大值,接近基准混凝土的10倍;钢纤维的掺入降低了基体脆性,改善了其塑性特征,从而延缓了钢纤维混凝土的裂缝开展,并改善了其主裂缝形状、减少了裂缝条数;钢纤维混凝土的抗冲击韧性与钢纤维掺量及其在冲击断面上的分布均匀程度密切相关.     

钢纤维高强混凝土二桩厚承台裂缝及破坏形式分析

文中根据12个不同参数的钢纤维高强混凝土二桩厚承台试验,分析了承台厚度、钢纤维体积率、配筋率等对裂缝开展和破坏形式的影响.结果表明:钢纤维高强混凝土二桩厚承台的斜裂缝是主破坏裂缝,主要集中在桩柱连线范围内,承台破坏时,主要呈现出剪切破坏构件的裂缝特征.     

钢纤维高强混凝土二桩承台受剪性能及承载力计算

为研究钢纤维高强混凝土二桩承台的受剪性能，进行了12个钢纤维高强混凝土二桩承台受剪试验，变化参数包括承台有效厚度、钢纤维体积率、配筋率和混凝土强度等级。结果表明：承台发生剪切破坏；随着承台有效厚度和钢纤维体积率的增加，承台受剪承载力显著提高；底部纵向受力钢筋配筋率在0.39%～1.18%范围内增大及采用钢纤维高强混凝土可提高承台刚度和承载力。在此基础上，分析了钢纤维高强混凝土二桩承台受剪机理，基于修正压力场理论，考虑钢纤维在高强混凝土裂缝处的应力传递，提出了钢纤维高强混凝土二桩承台受剪承载力计算公式。与JGJ/T 465—2019《钢纤维混凝土结构设计标准》中给出的计算公式进行对比，文中计算公式计算值与试验结果吻合更好。     

不同层厚钢纤维再生混凝土梁抗裂性能研究

本文通过试验对比分析钢纤维混凝土不同层厚对层布式钢纤维再生混凝土梁的开裂荷载和极限荷载、破坏形态、荷载-应变曲线关系、挠度及最大裂缝宽度等性能的影响。试验结果表明:随着钢纤维混凝土层厚的增加梁的初裂荷载值先逐渐增大、后减小,其中在SF50组梁得到最大值。钢纤维的掺入对梁的承载力提高幅度不大,但可以延缓裂缝的出现,提高梁的延性和刚度。不同层厚钢纤维再生混凝土梁整体的应变沿梁高分布符合钢筋钢纤维混凝土叠合梁计算模型。随着钢纤维层厚的增加,破坏后的最大裂缝宽度相应变小。因此可知在再生混凝土梁的受拉区掺钢纤维能有效地提高抗裂性能,同时降低钢纤维使用量,改善混凝土性能。     

局部高密度钢纤维混凝土弯曲疲劳性能研究

对局部高密度钢纤维混凝土的弯曲疲劳性能进行了研究.对于高低应力比R不同情况下疲劳寿命的统计问题提出了自己的处理意见.经过统计分析计算,确定PHPFRC的等效疲劳寿命符合两参数威布尔分布,建立了考虑存活率P-lgS-lgN双对数疲劳方程.对PHPFRC在循环荷载作用下的变形过程曲线与普通混凝土及SFRC比较其共性及特点进行了分析,认为由于PHPFRC在开裂后可以继续长时间承受循环荷载,其抗疲劳性能十分优越.     

桥梁索塔基础承台混凝土的温度应力计算与分析

通过对桥梁索塔基础承台混凝土的配合比,冷却水和施工养护等方面进行分析,测定承台的温度分布,计算不同龄期的混凝土的温度应力,结果表明合适的工艺措施使得承台混凝土的温度应力可以控制在合适的范围内,混凝土的温度裂缝可以避免。     

柱下九桩厚承台承载性能试验研究

为了进一步研究在多排多列桩情况下桩基厚承台的承载性能,共制作了4个缩尺比例为1∶10的九桩钢筋混凝土承台模型试件并进行了破坏性加载试验。对荷载与位移(挠度)关系、承台侧表面混凝土应变特征及承台内部应力进行了系统地分析,并将试验所得破坏荷载与目前常用设计方法进行比较分析,揭示了9桩厚承台及一般多排多列桩厚承台符合空间桁架模型的受力特点,即配置在桩顶范围内的钢筋充当拉杆,桩顶至柱下区域的混凝土作为斜压杆。加载初期,承台处于受弯状态,混凝土裂缝通常在弯矩较大区域的承台底部最先出现,并随荷载增加沿水平方向及竖向发展。随着裂缝的出现,底部受拉区混凝土逐渐退出工作,当加荷值达到破坏荷载的50%以上后,钢筋拉杆作用增强,桩径范围内各根钢筋应力沿长度方向的变化很小,在设计中可认为近似相等,空间桁架体系逐步形成,距桩中心连线0.75倍桩径范围内的钢筋能充分发挥拉杆作用。     

活性粉末混凝土椭圆形混凝土排水管力学性能研究

本文通过对椭圆形混凝土排水管截面参数优化设计、原材料选择和结构有限元计算,制作出公称直径500mm的RPC椭圆形排水管。按国家标准对管道进行了相关力学试验,分析了活性粉末混凝土管的位移-荷载全曲线、应力-荷载全曲线。研究钢纤维活性粉末混凝土椭圆管受力变形规律;给出了钢纤维活性粉末混凝土椭圆管设计、生产参数。研究成果可为钢纤维活性粉末混凝土在异型管道中的应用提供依据。     

SFRC/SCC钢筋复合梁受弯性能试验研究

设计了一批受拉区为SFRC、受压区为SCC的钢筋复合梁,分析了纵筋配筋率、SFRC替换层钢纤维体积掺量以及替换层高度对复合梁在四点弯曲荷载作用下的承载力、挠度以及裂缝形态的影响,并与普通混凝土梁进行了对比。通过理论分析计算得出了SFRC/SCC复合梁的承载力表达式,并将理论计算结果与试验数据进行了对比分析,以验证表达式的合理性。结果表明:配筋率是提升复合梁承载力的首要因素,1.32%配筋率相对于0.79%配筋率的极限承载力最大可提升24.1%;钢纤维替换层对复合梁的承载力提升并不明显,但对于复合梁的挠度与裂缝宽度控制有明显作用,将替换层高度由50 mm提升至150 mm时,复合梁的挠度和主裂缝宽度最大分别降低了9.2%和77.81%。     

掺纳米SiO_2的钢纤维混凝土梁声发射特性试验研究

研究了普通混凝土(NC)、钢纤维混凝土(SFRC)和掺入纳米SiO_2钢纤维混凝土(NSFC)三种材料,在四点弯曲负荷下,声发射参数随着荷载增加而变化的情况,及声发射信号的分布规律及其同混凝土抗折强度及断裂能之间的对应关系。结果表明,声发射信号能量的突变反应了试件荷载和位移的突变,到达时间-能量曲线上的第一个突变点对应的就是荷载-位移曲线的初裂点的荷载和位移,纳米SiO_2的掺入显著的增强了声发射信号强度,声发射事件持续时间最长,可更加明确的确定起裂点。NSFC具有比SFRC更高的韧性,抗弯强度高。掺入纳米SiO_2可使声发射试验结果具有良好的稳定性,更容易对混凝土梁断裂过程初裂点和破坏点进行识别,推测梁的初裂荷载和极限承载力,并对结构的可能破坏进行预警。     

深埋排水盾构隧道钢纤维混凝土高刚性接头受力特性试验研究

为解决深埋排水盾构隧道管片衬砌的受力和变形问题,需在管片结构中采用高刚性接头。高刚性接头构造复杂,在施工及承载过程中容易出现接头位置混凝土开裂及手孔局部破坏现象,进而影响接头的承载与防腐性能。对钢纤维混凝土(SFRC)和钢筋混凝土(RC)高刚性管片接头开展正弯矩试验,研究钢纤维对深埋排水盾构隧道高刚性接头受力性能的影响。研究结果表明：在高刚性接头中掺入适量钢纤维可有效提高接头的承载及抗裂能力。SFRC高刚性接头和RC高刚性接头的混凝土开裂荷载相同,但SFRC高刚性接头达到正常使用极限状态时的荷载抗力为RC高刚性接头的1.2倍。与RC高刚性接头相比,SFRC高刚性接头的承载力提高约15%;且接头破坏后,SFRC高刚性接头受压区与手孔附近混凝土裂缝的数量、宽度及分布范围相较于RC高刚性接头明显减小。     

预应力钢纤维混凝土梁斜截面疲劳性能试验研究

根据10根预应力钢纤维混凝土梁疲劳荷载试验结果,分析了钢纤维体积率、长径比和疲劳循环特征、循环次数等因素对预应力钢纤维混凝土梁剪压区混凝土应变、箍筋应变、斜裂缝分布形态与开展宽度以及斜截面抗疲劳破坏性能的影响规律,提出了疲劳荷载作用下预应力钢纤维混凝土梁斜载面裂缝宽度和耐疲劳能力的验算方法.