高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料弯曲性能试验

为了研究高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)的受弯性能,考虑纵向高强不锈钢绞线配筋率、ECC抗压和抗拉强度等影响因素,对设计的8个高强不锈钢绞线网增强ECC试件进行四点弯曲试验.结果 表明,随着纵向高强不锈钢绞线配筋率增大,其开裂荷载基本...     

玄武岩格栅增强水泥基复合材料单轴拉伸力学性能试验及本构关系模型

考虑玄武岩纤维增强树脂合物基复合材料(BFRP)格栅层数和水泥基复合材料(ECC)配比等因素,对BFRP增强大掺量粉煤灰/矿粉ECC棒骨试件进行了静力单轴拉伸试验,研究掺加增强粉煤灰/矿粉ECC的抗拉力学性能。结合试验数据,基于Richard和Abbot的弹塑性应力-应变公式提出掺加增强ECC的应力-应变本构关系模型。试验结果表明:随着掺加层数的增加,格栅增强ECC的极限抗拉强度显著增大。同配合比掺矿粉制成的ECC抗压强度、开裂应变及应力高于掺粉煤灰制成的ECC。掺加增强掺矿粉ECC试件相对掺粉煤灰ECC试件具有较好的抗拉力学性能。计算结果表明,建立的单轴受拉本构关系模型可以有效地预测掺加增强ECC的应力-应变关系和极限抗拉强度。     

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明：HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949～1.068和0.938～1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。     

高强钢绞线网增强ECC抗弯加固无损RC梁试验

为研究高强钢绞线网增强工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)加固钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)梁的受弯性能,考虑钢绞线直径、纵向钢绞线配筋率、ECC配方及端部锚固4个影响因素,对7个加固无损RC梁试件进行受弯试验。结果表明,在采用合理加固层端部锚固措施的情况下,通过高强钢绞线网增强ECC抗弯加固RC梁可显著提升其受弯承载力、延性、抗裂性,有效约束原RC梁的裂缝发展并减小裂缝宽度;纵向高强钢绞线配筋率的增大会提高加固梁的受弯开裂荷载、承载力、控裂能力、刚度,但试件配置过量的纵向高强钢绞线会降低加固梁的延性、韧性;在纵向高强钢绞线配筋率接近的情况下,采用直径较大的高强钢绞线,会在一定程度上降低加固梁的延性、韧性、控裂能力;加固梁的受弯开裂荷载、承载力、刚度随着ECC的弹性模量及抗拉强度的提高而增大;加固梁的控裂能力、延性、韧性随ECC极限拉应变提高而增大。     

高强不锈钢绞线网增强ECC加固RC短柱轴心受压试验

在新型复合材料“高强不锈钢绞线网增强工程水泥基复合材料(ECC)(简称HSME)”的力学性能和约束素混凝土受压性能研究基础上,将钢筋混凝土(RC)短柱配筋率和混凝土强度以及加固层的ECC强度和横向钢绞线配筋率作为参数,试验研究高强不锈钢绞线网增强ECC加固RC短柱轴心受压性能。结果表明,和未加固RC短柱相比,HSME加固RC短柱不仅承载力大幅度提升,而且破坏时裂而不碎、具有明显的延性破坏特征,开裂荷载、峰值荷载及峰值位移显著提高;荷载达峰值荷载80%左右和峰值荷载时,试件表面最大裂缝宽度仅为0.09 mm和0.25 mm,表现出优良的多缝开裂和裂缝控制能力。HSME加固RC短柱荷载-位移曲线属于偏态的单峰曲线,包含弹性、裂缝发展、最大荷载和承载力下降四个阶段。随着ECC抗压强度和横向不锈钢绞线配筋率增大,HSME加固柱开裂荷载和峰值荷载均明显增大;增大RC柱配筋率和混凝土强度可提高加固柱峰值荷载和延性。     

ECC单轴受拉损伤本构模型研究EI北大核心CSCD

通过单轴拉伸试验,讨论了PVA纤维体积掺入量和水胶比对工程用水泥基复合材料(ECC)受拉力学性能参数(开裂应变、开裂应力、峰值应变、峰值应力、极限应变以及应力-应变关系曲线)的影响规律。基于此,从损伤力学的角度讨论了ECC在单轴受拉过程的开裂前阶段、应变硬化阶段以及应变软化阶段的损伤演化机制。进而,基于ECC受拉损伤演化机制提出ECC受拉损伤本构模型,并给出模型相关参数的计算方法,分析表明:该文提出损伤模型得到的ECC受拉损伤演化曲线能更为合理的描述ECC的损伤演化全过程。最后,该文损伤模型计算的ECC受拉应力-应变关系曲线和试验曲线对比结果表明,所提出的模型能够合理的描述ECC受拉非线性应力-应变关系特征,且具有良好的精度。     

循环荷载作用下超高性能混凝土的轴拉力学性能及本构关系模型

对具有不同拉伸应变特性(应变强化和应变软化)的超高性能混凝土(Ultra high performance concrete, UHPC)进行了单调和循环荷载作用下的直接拉伸试验。试验结果表明:应变强化UHPC基体开裂后进入多点微裂纹分布的应变强化段,达到极限抗拉强度后进入单缝开裂的应变软化段;应变软化UHPC基体开裂后直接进入单缝开裂的应变软化段;循环荷载下两种类型UHPC的轴拉应力-应变曲线包络线与单调荷载下的应力-应变曲线基本一致;基于刚度退化过程建立了两种类型UHPC的轴拉损伤演化方程,根据实测应力-应变曲线和试件的裂缝分布形态建立了两种类型UHPC的轴拉本构关系模型,与试验结果基本吻合;采用能量法研究了应变强化UHPC两阶段轴拉本构关系在数值计算时的等效方法。最后,通过无筋应变强化UHPC抗弯试验梁的数值模拟对本文建立的应变强化UHPC轴拉本构关系模型和损伤演化方程及相关假定进行了验证,结果表明本文建立的应变强化UHPC轴拉本构模型能较好地预测UHPC弯拉构件的极限承载力,轴拉损伤变量能在宏观层面上较好地反应试件的裂缝分布状态。      

钢绞线网增强ECC与混凝土刻槽式界面粘结性能试验

为研究刻槽构造对钢绞线网增强工程用水泥基复合材料(High strength steel wire mesh reinforced engineered cementitious composites,HSSWM-ECC)与混凝土界面粘结性能的影响，考虑刻槽数量、刻槽深度、钢绞线直径、纵向钢绞线配筋率及ECC抗拉强度等因素，对设计制作的12组36个梁铰式试件进行了界面粘结性能试验。结果表明：HSSWM-ECC与混凝土界面粘结破坏形态有界面剥离破坏和钢绞线断裂破坏两种；在刻槽参与受力总宽度20 mm及槽深5 mm范围内，增加刻槽数量和刻槽深度均能有效提高界面粘结性能；而纵向钢绞线配筋率和ECC抗拉强度与界面粘结性能指标(粘结应力及对应滑移量)呈线性相关性。基于刻槽界面粘结机制分析，建立了考虑界面键槽特征(刻槽数量、槽深)及HSSWM-ECC层强度特征(钢绞线配筋率、钢绞线直径、ECC抗拉强度等)的刻槽处理界面抗剪承载力预测模型。经验证分析，该界面受剪承载力计算模型与试验结果吻合良好。     

高强不锈钢绞线网与工程水泥基复合材料黏结锚固性能试验

为研究高强不锈钢绞线网在工程水泥基复合材料(ECC)中的黏结锚固性能,考虑了横向钢绞线间距、相对锚固长度和钢绞线直径三个影响因素,对设计制作的17组51个试件进行了单边拉拔试验。结果表明:横向钢绞线的设置使黏结破坏具有明显的延性破坏特征;横向钢绞线间距对黏结强度影响不大,但延性强化段长度(延性)随横向钢绞线间距的减小而增大;钢绞线网与ECC的峰值平均黏结应力与锚固长度及钢绞线直径均呈负相关,其延性随钢绞线直径的增大而提高,但随锚固长度的增大而降低。试验结果及分析验证了钢绞线网在ECC中的临界锚固长度计算可采用单根钢绞线的临界锚固长度计算公式。      

高强高性能混凝土三轴拉压压力学性能试验研究

采用大型动静真三轴伺服液压试验系统,对单轴压强度为90.6 MPa的高强高性能混凝土进行三轴拉压压等比例试验研究,获得了各应力比下试件的破坏模式、多轴强度及应力-应变曲线。试验结果表明:高强高性能混凝土三轴拉压压应力状态下的破坏为典型的受拉破坏;最大主应力方向的极限强度远低于其单轴压强度,中间主应力效应不明显;拉应力的存在对最大主应力方向应力-应变曲线影响十分明显,呈现出明显的线性特征。基于试验结果提出了适用于高强高性能混凝土的强度准则,为高强高性能混凝土本构关系的建立提供了试验和理论依据。     

新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”受压性能试验研究

考虑混凝土强度、工程水泥基复合材料(ECC)强度和横向高强钢绞线配筋率等因素，研究新型复合材料“高强钢绞线网/ECC约束素混凝土”(以下简称HSE约束素混凝土)的受压性能。HSE约束素混凝土轴心受压试验显示，达到最大荷载的30%左右时，约束层ECC出现约为0.01 mm的竖向裂缝；约为最大荷载的85%时，表面最大裂缝宽度约为0.07 mm；达到最大荷载时，最大裂缝宽度仅为0.20 mm；说明该新型复合材料具有很好的裂缝分散和控制能力。之后荷载缓慢下降至最大荷载75%左右，第一根横向钢绞线断裂；达到破坏时裂而不碎，约束层和核心混凝土未发生黏结破坏，完整性良好。HSE约束素混凝土与素混凝土相比，其开裂应力提高了88%~116%；轴心抗压强度提高了21%~49%、轴心压应变增加了约45%；极限压应变提高了106%~175%。ECC强度和混凝土强度及横向钢绞线配筋率的提高，均增大其开裂和最大荷载及极限压应变。      

高强钢绞线网增强ECC与混凝土界面黏结-滑移关系研究EI北大核心CSCD

良好的界面黏结是保证高强钢绞线网增强工程用水泥基复合材料(HSSWM-ECC)与混凝土协同工作的前提,其界面黏结的有效程度决定着HSSWM-ECC材料性能的发挥。为研究HSSWM-ECC与混凝土界面黏结性能,以混凝土抗压强度、界面黏结长度、黏结宽度和界面处理方式为参数,对设计制作的9组27个梁铰式试件进行了界面黏结性能试验。试验结果表明:界面黏结-滑移受力过程呈现明显的两阶段特征:非线性上升段和下降段。基于试验结果,探究了HSSWM-ECC与混凝土间界面黏结破坏特征和受力机理,构建了考虑各参数影响的界面黏结-滑移关系模型;采用微段分析法对模型特征参数进行了分析,结果表明:所建模型及特征参数计算与试验结果吻合良好,可较好表征HSSWM-ECC与混凝土界面黏结-滑移关系力学行为。     

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明：所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。     

A comparison of engineered cementitious composites versus normal concrete in beam-column joints under reversed cyclic loading

Engineered cementitious composites (ECC) are a class of high-performance fiber reinforced cementitious composite with strain hardening and multiple cracking properties. For a reinforced concrete member, substitution of conventional concrete with ECC can significantly improve the deformation characteristics in terms of reinforced composite tensile or shear strength and energy dissipation ability. In this paper, a number of RC/ECC composite beam-column joints have been tested under reversed cyclic loading to study the effect of substitution of concrete with ECC in the joint zone on the seismic behaviors of composite members. The experimental parameters include shear reinforcement ratio in the joint zone, axial load level on the column and substitution of concrete with ECC or not. According to the test results, for the specimens without shear reinforcement in the joint zone, substitution of concrete with ECC in the joint zone cannot change the brittle shear failure in the joint zone, but can significantly increase the load capacity and ductility of the beam-column joint specimens, as well as the energy dissipation ability due to high ductility and shear strength of ECC material. For the specimens with insufficient or proper shear reinforcement ratio, substitution of concrete with ECC in the joint zone can lead to failure mode change from brittle shear failure in the joint zone to a more ductile failure mode, i.e. flexural failure at the base of the beam, with increased load capacity, ductility and energy dissipation ability. Increase of axial load on column and shear reinforcement in the joint zone have little effect on seismic behaviors of the members when they failed by flexural failure at the base of beam. In a word, the substitution of concrete with ECC in the joint zone was experimentally proved to be an effective method to increase the seismic resistance of beam-column joint specimens.     

柔性环形防护网顶破受力归一化分析

开展了6组环形钢丝网片单元顶破承载力试验,并基于LS-DYNA开展了非线性数值模拟,揭示了柔性环形网的顶破受力的三阶段工作特性。进一步考虑钢丝缠绕圈数、圆环直径、顶破端与环形网的面积比以及环形网长宽比等影响开展参数分析,据此提出了环形网片拉伸变形的解析计算方法,建立了顶破力-拉伸位移的相关性方程。研究结果表明:随着圆环缠绕圈数的增多,环形网的极限破断力线性增大,极限拉伸位移线性小幅减小;随着圆环直径的增加极限破断力指数型降低,极限拉伸位移线性增大;随着顶破端与网片的面积比的增大极限破断力和极限拉伸位移均幂函数持续减小,变化速率基本一致;随着环形网长宽比的增大,极限破断力和极限拉伸位移都呈幂函数减小,破断力的减小更为明显。研究成果可用于柔性防护系统环形网单元设计。     

单调轴向荷载下钢筋混凝土拉伸损伤本构研究

在已有的连续损伤理论基础上,研究综合考虑混凝土损伤、钢筋混凝土粘结滑移、以及受拉刚化效应等因素的钢筋混凝土拉伸本构模型,所提出的模型可以由其中各元件的本构特性推导出钢筋混凝土受拉损伤本构。该模型可以表征混凝土损伤、配筋等参数与钢筋混凝土试件受拉特性之间的量化关系,可以用于分析配筋受拉试件的初裂荷载、裂缝宽度等。通过与试验数据的对比得出了一些很有意义的计算与分析结果。     

Flexural strength of reinforced concrete T-beams with steel fibers

The ultimate strength of reinforced concrete T-beams reinforced with conventional steel bars and short discontinuous steel fibers are studied. It is found that the presence of steel fibers reduced effectively the deflection, width of cracks and also improved the ductility and flexural rigidity of the concrete beams. Hence, an appreciable increase to the ultimate compressive strain is observed as well as the increase in the ultimate compressive strength. These are reflected by an increase in the value of the compressive block parameters. In addition, an increase in tensile strength is achieved and a rectangular tensile stress distribution is proposed. It was found that a negligible difference in moment capacity between overreinforced and underreinforced concrete beams. Therefore, it may be economical to use more amount of tension reinforcement than that allowed by the codes. Theoretical equations are developed to calculate the ultimate strength of reinforced concrete T-beams taking into account the effect of amount of compression reinforcement and amount of steel fibers. Theoretical equations show good agreement when compared with experimental results.