配置碳纤维预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土无腹筋梁疲劳性能试验研究

对6根仅配置纵向CFRP预应力筋的钢纤维活性粉末混凝土（RPC）无腹筋梁试件进行了静力和疲劳试验,研究了RPC钢纤维含量、疲劳荷载水平、加载方式等参数对其疲劳性能的影响。结果表明：疲劳荷载作用下梁试件发生剪切破坏;无论是承受静力荷载还是疲劳荷载的梁试件,都不宜过高估计钢纤维的作用而取消抗剪腹筋;提高钢纤维含量可以显著改善梁试件的疲劳性能,钢纤维含量为3%的CFRP预应力筋RPC无腹筋梁,若RPC的主拉应力小于其抗拉强度的50%,可免于疲劳破坏;经回归分析,给出了试验梁的刚度退化方程及RPC主拉应力与疲劳寿命关系方程。     

预应力活性粉末混凝土梁抗火性能试验研究

活性粉末混凝土(RPC)是超高性能建筑材料,与高强预应力筋结合形成的预应力RPC梁具有显著的承载、变形和耐久性能优势,但预应力RPC梁的火灾安全性能是制约其广泛应用的关键问题之一。鉴于预应力RPC梁的火灾安全性亟待研究,以荷载水平、预应力筋保护层厚度、预应力筋类型、预应力度等为试验参数,设计制作了8个预应力RPC简支梁,开展了恒定荷载ISO 834标准升温条件下受火试验。获得了梁内温度变化、挠度 受火时间曲线、有效预应力、裂缝开展、爆裂分布及深度等试验数据,研究了火灾高温损伤演化规律和破坏模式。结果表明：干热养护可有效抑制RPC高温爆裂,受火试件保持了良好的完整性;荷载水平和预应力筋保护层厚度是影响预应力RPC梁抗火性能的关键因素,随荷载水平的减小和预应力筋保护层厚度的增大,耐火极限显著提高;荷载水平为0.5、预应力筋保护层厚度不小于45mm可满足2.0h的耐火极限要求;同等条件下有黏结预应力RPC梁的抗火性能优于无黏结预应力RPC梁;常温下按适筋梁设计的预应力RPC梁火灾下易发生少筋破坏。     

预应力活性粉末混凝土箱梁抗剪性能试验研究

通过对9片预应力高性能活性粉末混凝土(RPC)薄壁箱梁进行荷载试验,研究配箍率、剪跨比等参数对RPC箱梁抗剪性能的影响,对比分析不同参数下试验梁的破坏形态、荷载-挠度关系、开裂荷载及抗剪承载能力、腹板主压应变角、箍筋应变等的发展规律。试验结果表明:在实验室条件下普通养护的掺入体积掺量为2%钢纤维的RPC试件立方体抗压强度可达110MPa,劈裂强度约为9MPa,弹性模量约为42000MPa;抗剪承载力和临界斜裂缝倾角均随着剪跨比的增大而减小,由腹板平均应变计测试得到的主压应变倾角可以较好地反映斜裂缝倾角的变化规律,RPC中钢纤维的掺入导致试验梁裂缝呈现"细而密"的特征。箱梁受剪时总是一侧腹板首先开裂,但极限状态时,箱梁腹板两侧的斜裂缝间距、倾角、宽度及破坏形态基本一致,说明在进行箱梁腹板斜裂缝开裂荷载计算时需考虑两侧腹板受力不均匀的影响,而抗剪承载力计算时可忽略该影响。结合试验结果及其他文献RPC试验梁,提出RPC抗剪承载力建议公式,计算值与试验值比值平均值为0.901,标准差为0.103,建议公式可较好地预测预应力RPC梁抗剪承载力。     

中等剪跨比高强钢筋活性粉末混凝土无腹筋梁抗剪性能试验研究

为了探究剪跨比对高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)梁抗剪性能的影响,对中等剪跨比条件下,3根HRB500级钢筋活性粉末混凝土无腹筋简支梁进行抗剪性能试验研究,分析不同剪跨比对高强钢筋RPC梁受剪破坏形态、斜裂缝宽度、开裂荷载与极限荷载的影响。通过研究得出:高强钢筋RPC梁比普通混凝土梁传递剪力的能力和延性显著增强;临界斜裂缝倾角大小随剪跨比的增大而减小;开裂荷载与剪跨比大小无比例关系,极限荷载随剪跨比的增大而减小;基于桁架-拱模型无腹筋梁的抗剪承载力计算式,比较适用于高强钢筋RPC无腹筋梁抗剪承载力的计算。     

钢管混凝土柱-预应力混凝土节点的抗剪受力性能研究

文中对钢管混凝土柱-预应力混凝土节点的抗剪受力性能进行研究,对比了不同结构型式节点结构的抗剪受力性能。结果表明,预应力可以有效提升构件的抗剪承载能力;预应力值越大,最大承受荷载对应的梁纵筋应变越小;预应力筋可以有效提升梁箍筋的承载能力;所有构件的梁根部破坏后节点依然具有抗剪能力,满足强节点弱构件的设计需求。     

腐蚀预应力混凝土梁抗剪性能试验

为研究预应力筋腐蚀对预应力混凝土梁抗剪性能的影响,设计制作了4片预应力混凝土梁,采用外加恒电流法对单侧弯剪区局部预应力筋进行了快速腐蚀,并对不同锈蚀程度混凝土梁进行了抗剪试验,分析了预应力筋腐蚀对梁开裂、变形、钢筋受力、破坏形态以及抗剪承载力的影响,并在试验基础上对锈蚀PC梁抗剪承载力计算方法进行了探讨。结果表明:相同剪跨比下预应力筋腐蚀对混凝土梁的破坏形态影响很小,但对构件裂缝发展影响较大,引起开裂荷载显著降低;开裂前,预应力筋腐蚀对其刚度影响较小;开裂后,腐蚀引起刚度退化较为明显;预应力筋腐蚀导致相同荷载下箍筋、纵筋应变增大,构件抗剪承载力退化;预应力筋腐蚀率为3.2%,7.9%,13.2%的混凝土梁抗剪承载力分别下降5.8%,9.1%,15.5%;考虑腐蚀预应力筋截面减小,采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)公式对PC梁抗剪承载力计算具有较高的计算精度。     

体外预应力混凝土简支梁剪切性能试验研究

为了研究节段式体外预应力混凝土梁的剪切性能,采用剪跨比、配箍率、接缝类型、体内外预应力筋配比等参数进行了13根整体式和14根节段式(胶接缝和干接缝)体外预应力混凝土简支模型梁试验。描述了模型梁箍筋应力、体外预应力筋应力、挠度随荷载变化规律,以及破坏裂缝形成过程和破坏形态;分析了剪跨比、体内外预应力筋配比、接缝位置和数量及类型对梁剪切性能的影响。研究表明,节段式体外预应力混凝土梁的剪切性能和整体式梁有很大差异,接缝决定着剪切破坏形态与破坏裂缝的形成、较大削弱了梁的抗剪承载力、明显增大了破坏裂缝的宽度和梁体破坏时的变形;配置体内预应力筋能有效改善体外预应力混凝土梁的剪切性能;整体式体外预应力混凝土梁的剪切性能和一般预应力混凝土梁也有一些差异。     

钢管混凝土柱-预应力梁节点抗剪性能研究

为研究钢管混凝土柱-预应力混凝土梁节点的抗剪受力性能,进行了单调对称的静力试验。对节点的荷载-位移曲线以及荷载-钢筋应变关系进行了分析,结果表明:该类节点的整体抗裂性能好、刚度大、挠度小,有充足的抗剪承载力。当在大荷载作用下,预应力梁发生剪切破坏时,节点核心区并未发生破坏。有限元分析结果与试验结果吻合较好。     

预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架节点滞回性能试验研究

通过3个预应力及1个非预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点试件的低周往复荷载试验,研究了此类梁柱节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、刚度退化、变形恢复性能和延性,分析了轴压比和预应力度对节点滞回性能的影响.结果表明:达到水平峰值荷载前,所有节点试件均首先发生梁端弯曲破坏,达到峰值荷载时,节点核心区混凝土被斜向压碎,发生剪切破坏,最终呈现出混合破坏形态;所有节点试件的水平荷载-位移滞回曲线均呈现出一定的捏缩;通过提高预应力度可以提高此类节点核心区的抗剪承载力,但降低了剪切变形的延性,过高的轴压比会一定程度上降低节点核心区的抗剪承载力以及剪切变形的延性.此外,建议设置剪力栓加强角钢与混凝土保护层的粘结能力.     

复合配筋混凝土预制方桩抗剪性能试验研究

创新研发了复合配筋混凝土预制方桩,通过施加预应力提高桩身的抗裂性能,配置非预应力钢筋增强桩身的抗弯承载力和延性,采用实心而非空心截面且合理配置箍筋提高桩身的抗剪性能。对3种常用规格共9根方桩试件进行足尺度抗剪性能试验,对比研究预应力和非预应力混凝土预制方桩在抗裂性能、抗剪承载力、变形性能及破坏特征等方面的差异。结果表明:施加预应力可显著提高混凝土预制方桩试件斜截面的开裂剪力,限制并延缓桩身裂缝的发展,提高方桩的极限抗剪承载力,降低斜截面抗剪破坏的变形能力;方桩试件的极限抗剪承载力试验值较GB 13476—2009《先张法预应力混凝土管桩》推荐算式的计算值大50%以上;试件破坏形式有两种:斜截面抗剪破坏和正截面抗弯破坏。因此,此新型预制方桩能够有效解决预应力混凝土管桩水平承载力低、普通混凝土预制方桩抗裂性能差的问题。     

受火后钢筋RPC简支梁受力性能试验研究

为了研究受火后活性粉末混凝土(RPC)构件的力学行为及其变形性能,完成5根受火后钢筋RPC简支梁受弯试验,获得了梁的正截面剩余承载力、荷载 跨中位移曲线及裂缝发展规律,考察了配筋率、荷载水平、受火时间等因素对受火后钢筋RPC简支梁受力性能的影响,并将试验结果与常温下受力性能进行对比分析。结果表明：配筋率为220%~5.13%、受火时间135min时,受火后钢筋RPC简支梁均保持为适筋破坏,且配筋率越大,剩余承载力越高,荷载水平越高、受火时间越长,剩余承载力越低;通过简化计算模型得到受火后钢筋RPC简支梁正截面剩余承载力计算值,与试验值吻合较好;受火后配筋率不低于3.94%的各试验梁剩余承载力与常温下相比降低了10%左右,钢筋RPC简支梁受明火作用后的承载力损失较小。     

活性粉末混凝土叠合梁的收缩性能

为改善活性粉末混凝土(RPC)材料的收缩性能,在RPC配合比基础上掺入碎石,设计了10片改进RPC-普通混凝土(NC)叠合梁、1片纯NC梁和2个改进RPC收缩试块.采用振弦式应变计和应力计分别测量了包含蒸汽养护阶段在内的改进RPC-NC叠合梁跨中截面混凝土的收缩应变及梁底纵向钢筋的收缩应力,同时与纯NC梁的收缩应变量进行了对比分析.结果表明:改进RPC材料的收缩应变量仅为650×10~(-6)~660×10~(-6);纵向钢筋配筋率、RPC高度、上部NC等级等因素对叠合梁跨中截面混凝土的收缩发展具有重要影响;由RPCNC叠合梁收缩引起的梁底纵向钢筋应力为40~63MPa,而由纯NC梁收缩引起的梁底钢筋应力为40MPa左右;改进RPC材料的收缩应变量仅为同条件下原RPC收缩应变量的37%,说明碎石的掺入可使RPC收缩应变量大大减小,同时也降低了RPC的造价,有利于RPC材料在工程中的推广应用.     

Experimental study on shear behavior of prestressed reactive powder concrete I-girders

As a new generation of concrete, RPC(Reactive Powder Concrete) has attracted great research attention for its ultra-high strength and high durability. In the present paper, experimental results from tests on eight prestressed RPC I-section girders failing in shear are reported herein. The beams with RPC of 120 MPa in compression were designed to assess the ability to carry shear stress in thin webbed prestressed beams with stirrups. The test variables were the level of prestressing, shear span-depth ratio (a/d) and stirrup ratio. Shear deformation, shear capacity and crack pattern were experimentally investigated in detail. With regard to the shear resistance of the test beams, the predictions from three standards (AFGC, JSCE and SIA) on the design of UHPC structures were compared with the experimental result suggesting that the experimental strength is almost always higher than predicted. RPC, as a new concrete, was different from normal concrete and fiber reinforced concrete. Further study should be needed to develop an analytical method and computation model for shear strength of RPC beams.     

GFRP筋活性粉末混凝土梁受力性能试验研究

为了研究GFRP筋活性粉末混凝土梁的受力性能,对8根梁进行三分点加载试验,获得了试验梁的开裂弯矩、极限弯矩以及各级荷载作用下的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：活性粉末混凝土试验梁纯弯区段开裂应变 (750×10-6) 约为普通混凝土梁的7倍,开裂弯矩及截面塑性系数计算应考虑纵向受拉GFRP筋的有利影响。GFRP筋活性粉末混凝土梁正截面受弯破坏形式可分为纵向受拉GFRP筋被拉断而受压边缘活性粉末混凝土未被压碎的受拉破坏,受压边缘活性粉末混凝土被压碎(5500×10-6)而纵向受拉GFRP筋未被拉断的受压破坏,以及纵向受拉GFRP筋被拉断的同时受压边缘活性粉末混凝土被压碎的界限破坏等三种。对于受压破坏可按拉区应力为0.25倍活性粉末混凝土抗拉强度来考虑拉应力对正截面受弯承载力的贡献。对于受拉破坏则基于材料应力-应变关系通过数值积分迭代计算正截面受弯承载力。刚度及裂缝宽度计算的关键是合理计算使用阶段GFRP筋的拉应力,在计算GFRP筋拉应力时所用弯矩应为外荷载弯矩减去拉区活性粉末混凝土拉应力合力对压区合力点的弯矩。图9表12参10     

掺粉煤灰和矿渣粉的活性粉末混凝土梁受力性能试验研究

根据棱柱体试件的受压试验结果,得到了常温养护下活性粉末混凝土(RPC)的优选配合比和基于该配合比的受压应力-应变曲线上升段方程。根据5根钢筋RPC梁受弯性能试验,获得了这类梁纯弯区段在各级荷载作用下受压边缘压应变及应变沿梁高的分布、开裂荷载和极限荷载、各级荷载作用下的变形及裂缝分布与开展,由试验数据可知,相同条件下这类梁的变形及裂缝宽度均比普通钢筋混凝土梁稍大。通过假定用于受弯承载力计算的RPC受压应力-应变曲线关系下降段为直线,结合试验数据分析,获得与极限压应变相对应的RPC压应力的大小,从而得到RPC应力-应变全曲线方程。基于RPC的受压应力-应变全曲线方程建立了RPC梁正截面承载力计算方法。同时基于试验结果给出了在使用荷载作用下这类梁刚度和裂缝的计算方法。     

活性粉末混凝土梁正截面抗裂计算方法

目前对活性粉末混凝土梁的正截面抗裂性能尚缺乏系统的研究,钢纤维加入后对受拉区混凝土塑性变形的影响也未做较为深入的探讨。为此,在试验研究的基础上建立了活性粉末混凝土梁的正截面抗裂计算模型,结合试验数据和有限元分析结果,提出活性粉末混凝土梁正截面抗裂计算公式。     

基于ANSYS模拟的无黏结预应力RPC简支梁分析

活性粉末混凝土是具有超高抗压强度、高耐久性及高韧性等特点的一种新型超高性能混凝土材料。基于非线性有限元ANSYS软件,建立了无黏结预应力RPC简支梁的有限元模型,模拟了其在三分点加载下直到破坏的全过程,并将试验结果进行对比分析,两者吻合较好,可供设计参考。     

部分预应力活性粉末混凝土梁的疲劳性能试验研究

通过对3根部分预应力RPC梁的疲劳试验进行不同加载次数和不同荷载下梁裂缝宽度和挠度的分析,得出试验梁的疲劳破坏过程大致分为裂缝衍生阶段、疲劳稳定阶段、疲劳破坏阶段等3个阶段,预应力度的增加有利于缓和梁的疲劳破坏,对梁斜裂缝的发展具有一定的抑制作用,梁的疲劳刚度随着预应力度的增大而增大,并且增大的幅度随着疲劳次数的增加而降低。