超高韧性水泥基复合材料弯曲性能及韧性评价方法

本文利用薄板试件和梁试件,采用三分点加载,对超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受弯性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上探讨了适于UHTCC弯曲韧性的评价方法。薄板四点弯曲试验表明,UHTCC材料具有可与金属相比拟的弯曲变形能力。四点弯曲梁试验表明,UHTCC材料具有优异的裂缝无害化分散能力,在荷载达到峰值裂缝开始局部化扩展之前,裂缝在整个梁深几乎始终以扁平形式存在和扩展,宽度始终保持在几十个微米量级,不同梁深位置的变形协调通过裂缝条数的变化实现。梁试验表明,UHTCC具有非常高的耗能能力,到达峰值荷载时消耗的能量是对应钢纤维消耗能量的13倍,该材料试件在跨中挠度达到l/60时仍能够保持良好的完整性,是用于结构抗震的理想材料。在弯曲韧性的评价方法分析中发现,ASTMC1018方法中的韧性指数用于评价UHTCC可能会引起一定的误导,将限定计算挠度扩展后的JSCE-SF4方法能够很好地描述该材料的耗能能力,而本文定义的变形硬化系数法通过给出不同变形情况下的抗弯强度,不仅能够有效评价UHTCC的韧性特征,也能够很好地满...     

高韧性纤维水泥基薄板弯曲韧性

高韧性纤维水泥基材料(ECC)具备高韧性、多裂缝开展特征,填补由普通混凝土脆性引起的建材应用空白。但配合比调整对试验条件要求苛刻,拌合物和易性较差,不适宜大规模施工。试验修正材料配合比,通过薄板四点弯曲对材料变形能力及多裂缝开展性能进行研究,配制出满足工程需求的高工业副产品掺量ECC,减少水泥用量,降低能耗。利用修正后弯曲韧度指数法,分析试验结果,提出结合薄板纯弯区裂缝数目分析方法,研究ECC材料弯曲能力与耐久性关系,完善材料性能设计方法。     

碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度试验与分析

对网格间距为80mm的不同碳纤维用量的碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度进行了试验研究。碳纤维编织网是利用碳纤维束在经纬两个方向进行平织而成,并经过碳纤维浸润胶浸渍及在其表面粘砂的处理,以增强其与混凝土的粘结强度。试验结果表明,随着碳纤维用量的增加,碳纤维编织网增强混凝土板的抗弯强度与挠度逐渐提高,当碳纤维用量达到50个单元束时提高最大,较素混凝土板分别提高了106.6%和410.6%。     

短碳纤维混凝土的弯曲韧性试验研究

通过试验,得到了一定基体混凝土强度下掺入不同碳纤维体积分数的混凝土的弯曲荷载—挠度曲线,据此研究分析了一定基体混凝土强度下不同碳纤维体积分数对混凝土弯曲韧性指数和弯曲承载力变化的影响规律。     

超高延性水泥基复合材料(UHDCC)的疲劳性能试验研究

UHDCC作为一种具有应变硬化和细密裂缝特性的的超高延性纤维混凝土,在长期承受疲劳作用的桥面连续构造上有良好的应用前景。通过6根UHDCC四点弯曲梁的疲劳试验,对UHDCC的疲劳性能进行了研究。试验结果表明:①在疲劳荷载作用下,UHDCC材料具有明显的多缝开裂和延性破坏特征,随着应力水平的上升,裂缝数目也明显增加。②在相同的疲劳应力下,UHDCC材料的疲劳寿命远大于普通混凝土;在200万次疲劳寿命要求下,UHDCC材料的疲劳强度是普通混凝土的3倍以上。     

纤维编织网增强ECC的拉伸和弯曲性能

通过拉伸和四点弯曲试验,研究了纤维编织网的层数及种类、纤维编织网表面浸胶粘砂处理以及聚乙烯醇(PVA)纤维体积分数对纤维编织网增强工程水泥基复合材料(TRE)拉伸和弯曲性能的影响,结果表明:和单层网TRE试件相比,双层网TRE试件的极限拉应力提高了将近1倍,极限弯曲荷载从单层碳纤维-玻璃纤维编织网TRE试件的0.73 ...     

植物纤维增强水泥基复合材料的弯曲韧性研究

传统的水泥基材料有脆性、抗拉强度低等特点,是导致其易开裂、耐久性差的主要原因。天然纤维的掺入能够改善传统水泥基材料的脆性,使其表现出应变硬化的特征,提高传统水泥基材料的韧性。通过四点弯曲试验得到了菠萝叶纤维体积掺量分别为1%、1.5%、2%以及苎麻纤维体积掺量为2%对照组的荷载-挠度曲线,并按照ASTM C1018和JCI 544两种方法确定了复合材料的弯曲韧度指数和弯曲韧度系数;通过抗折、抗压强度试验研究了两种天然纤维不同体积掺量下的抗折、抗压强度。结果表明,弯曲韧性以及抗折强度均随着纤维掺量的增大而得到提高,而抗压强度随着纤维掺量的增大呈现减少的趋势。试验还表明,体积掺量为2%的菠萝叶纤维增韧效果明显好于相同掺量下的苎麻纤维。     

掺入短切纤维的纤维编织网增强混凝土薄板弯曲力学性能试验研究

为研究掺入短切纤维的纤维编织网增强混凝土(简称TRC)薄板的受弯承载能力及裂缝开展,对其进行了四点弯曲试验,对比分析了TRC薄板纤维编织网浸胶的处理、水灰比、短切纤维种类和掺量,以及钢纤维长径比等因素的影响。在此基础上,采用环境扫描电镜及能谱仪对短切纤维与纤维编织网在混凝土基体中的微观形貌进行观察。研究结果表明：对浸胶处理的TRC薄板、掺入碳纤维和聚丙烯纤维的试件的承载力提高幅度分别为16%和32%;掺入钢纤维并未提高薄板的承载力。未浸胶处理的TRC薄板,掺入短切碳纤维、钢纤维、聚丙烯纤维和掺入短切钢纤维与聚丙烯纤维混合纤维的试件,其承载力的提高幅度分别为132%、47%、27%和86%,且钢纤维和碳纤维掺量越多,薄板开裂后刚度越大,但聚丙烯纤维的掺量不宜偏高。短切碳纤维与钢纤维均能有效减缓裂缝的扩展,但在微观裂缝处两种纤维的交联作用机理不同;掺入短切纤维可使薄板裂缝数量增多。     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能计算分析与试验研究

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有优异的抗裂和能量吸收能力,用其取代混凝土可显著提高结构的耐久性和延性。为了推广UHTCC在限裂要求严格的结构中的应用,开展了钢筋增强UHTCC受弯构件即RUHTCC梁的研究。根据RUHTCC梁受拉区UHTCC不退出工作的特点,采用弹性理论推导RUHTCC梁受弯承载力计算公式,并将计算结果与无腹筋长梁弯曲试验结果进行验证对比。结果表明:在正常使用状态下,裂缝宽度保持在0.05mm以内,满足处于高腐蚀环境下结构裂缝宽度限值要求;RUHTCC梁平截面假设成立;起裂后直至钢筋屈服,UHTCC和钢筋保持很好的变形协调性;试验结果与理论计算吻合,计算得到的延性指数偏于安全,在实际工程设计中用其来预测结构或构件的延性是合理的;与钢筋混凝土梁相比,UHTCC能够延缓钢筋屈服,提高结构或构件的承载力和延性,降低钢材用量;低配筋率有利于UHTCC材料性能的发挥。     

超高韧性水泥基复合材料增强普通混凝土复合梁弯曲性能试验研究

混凝土结构在施工和使用过程中容易产生各种裂缝,加速自身材料劣化,导致整体结构的耐久性和安全性降低,因此对结构进行加固和补强是十分必要的措施。超高韧性水泥基复合材料UHTCC具有裂缝细密、韧性显著和耐久性优良等特点,若合理应用在混凝土结构中,将会延长原有结构的使用寿命并提高其性能。本文对UHTCC和普通混凝土的粘结效果及影响因素进行了研究,采用UHTCC\普通混凝土复合梁的形式,通过四点弯曲试验进行了初步探讨。文中分析了复合梁的受力过程,研究了不同厚度的UHTCC层对整个复合梁结构抗弯性能的影响,证实了随着UHTCC层厚度的增加,整个结构的弯曲性能和承载能力都得到明显的改善;UHTCC层还起到抑制和分散上层裂缝的作用。     

An experimental study on the flexural behavior of heavily steel reinforced beams with high-strength concrete

In recent years, an emerging technology termed high-strength concrete (HSC) has become popular in construction industry. Present study describes an experimental research on the behavior of high-strength concrete beams in ultimate and service state. Six simply supported beams were tested, by applying comprising two symmetric concentrated loads. Tests are reported in this study on the flexural behavior of high-strength reinforced concrete (HSRC) beams made with coarse and fine aggregate together with Microsilica. Test parameter considered includes effect of being compressive reinforcement. Based on the obtained results, the behavior of such members is more deeply reviewed. Also a comparison between theoretical and experimental results is reported here. The beams were made from concrete having compressive strength of 66.81-77.72 N/mm² and percentage reinforcement ratio (ρ/ρ_b) in the range of 0.56%–1.20%. The ultimate moment for the tested beams was found to be in a good agreement with that of the predicted ultimate moment based on ACI 318-11, ACI 363 and CSA-04 provisions. The predicted deflection based classical formulation based on code provisions for serviceability requirements is found to underestimate the maximum deflection of HSC reinforced beams at service load.     

高性能复合材料"高强钢绞线/ECC"板受弯试验分析

考虑ECC强度、高强钢绞线配筋率等因素的影响,通过竖向加载试验,研究高性能复合材料"高强钢绞线/ECC"板的受弯性能.当加载到峰值荷载20％左右,在板受拉区的ECC出现0.01mm的细微裂缝,之后,受拉区的ECC和钢绞线共同受拉,达到峰值荷载的80％时,板底部最大裂缝宽度仅0.08mm;达到峰值荷载时,受压区ECC被压碎、压应变达到0.01;底部最大裂缝宽度不超过0.5mm;跨中最大挠度达到跨度的1/15.结果显示,高强钢绞线/ECC板具有良好的抗裂性和延性破坏特征.随着ECC强度提高,板的开裂荷载和峰值荷载随之增大.随着高强钢绞线配筋率增大,其开裂荷载基本不变,峰值荷载明显增大但峰值位移减小.     

织物增强混凝土薄板加固钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

提出一种采用织物增强混凝土(TRC)薄板加固钢筋混凝土梁的方法,以梁两端纯弯区外侧400mm范围内的锚固方式和加固层织物网层数为主要变化参数,进行3组10根TRC薄板加固钢筋混凝土梁和2根对比梁的受弯性能试验研究,分析加固梁的破坏模式、荷载-挠度关系、荷载-钢筋应变、荷载-混凝土应变关系、裂缝开展情况,研究配网率对受弯承载力的影响。研究结果表明:TRC薄板加固可以有效地提高梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载;加固后梁的延性略有降低;当配网率提高到一定程度后,加固梁承载力主要由加固层与老混凝土之间的局部脱粘破坏决定。根据不同的破坏模式,提出了TRC薄板加固梁的受弯承载力计算方法,给出了相关计算公式。     

高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料薄板受弯承载力研究

高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(HSWM/ECC)是将高强不锈钢绞线网(HSWM)置于工程水泥基复合材料(ECC)中形成的一种高性能复合材料.针对HSWM/ECC薄板进行四点弯曲试验,以研究高强不锈钢绞线配筋率及ECC强度对HSWM/ECC薄板受弯性能的影响规律.试验结果表明,HSWM/ECC薄板的受弯承载力随...     

Experimental study on flexural behavior of ECC/RC composite beams with U-shaped ECC permanent formwork

To enhance the durability of a reinforced concrete structure, engineered cementitious composite (ECC), which exhibits high tensile ductility and good crack control ability, is considered a promising alternative to conventional concrete. However, broad application of ECC is hindered by its high cost. This paper presents a new means to address this issue by introducing a composite beam with a U-shaped ECC permanent formwork and infill concrete. The flexural performance of the ECC/RC composite beam has been investigated experimentally with eight specimens. According to the test results, the failure of a composite beam with a U-shaped ECC formwork is initiated by the crushing of compressive concrete rather than debonding, even if the surface between the ECC and the concrete is smooth as-finished. Under the same reinforcement configurations, ECC/RC composite beams exhibit increases in flexural performance in terms of ductility, load-carrying capacity, and damage tolerance compared with the counterpart ordinary RC beam. Furthermore, a theoretical model based on the strip method is proposed to predict the moment-curvature responses of ECC/RC composite beams, and a simplified method based on the equivalent rectangular stress distribution approach has also evolved. The theoretical results are found to be in good agreement with the test data.     

预应力织物增强混凝土力学性能试验研究

织物增强混凝土是一种新型的水泥基复合材料,通过以碳纤维和耐碱玻璃纤维为原料的编织物为主要增强材料,聚丙烯纤维为次要增强材料,制成混凝土材料.在保证强度的前提下,不仅能有效的减少水泥用量,预应力织物还能够较好地传递拉伸和弯曲荷载,可以起到替代部分钢筋的作用,有效地防止了碳酸盐或氯盐的腐蚀,对提高混凝土耐久性有很大的作用,其在水利工程混凝土结构中的运用越来越广泛.     

碳纤维加固木梁的受弯性能试验研究

通过对20根CFP加固木粱试件进行加载试验，就CFRP对木梁承载力提高效果进行了研究，结果表明采用CFP对木梁进行加固是一种可行且成本较低的方法。     

钢纤维混凝土替代构造配筋混凝土梁受弯性能试验研究

为提高以裂缝为主要控制目标的大面积构造配筋混凝土受弯结构的抗裂性能,探讨钢纤维混凝土在此类结构中的应用,进行了16根三分点正向对称集中荷载作用下无筋足尺钢纤维混凝土梁替代构造配筋混凝土梁的弯曲抗裂性能试验,分析了钢纤维体积率、钢种和布筋位置等对试件受弯性能的影响。研究结果表明,钢纤维体积率0.5%的钢纤维混凝土梁的抗裂性能、限裂性能和承载力均优于截面中部配筋混凝土梁;钢纤维体积率(1.0～1.5)%的钢纤维混凝土梁的抗裂性能和限裂性能均明显优于截面双筋混凝土梁;钢纤维体积率(1.5～2.0)%的钢纤维混凝土梁除抗裂性能和限裂性能外,其承载力也优于截面双筋混凝土梁。因此,对于大型水利和土木工程中以抗裂或限裂为主要控制条件的受弯构件,可用钢纤维混凝土替代构造配筋混凝土。     

预应力补强石质受弯构件的试验研究

采用预应力补强技术,通过试验分析了石质受弯构件截面应变和承载能力的分布变化规律,研究结果表明,预应力补强技术可以有效的提高石质受弯构件的承载能力,但其破坏形式依然属于脆性破坏。