硅烷涂层提升钢纤维-砂浆界面性能的试验研究

为了提升钢纤维-砂浆界面的黏结性能,采用9种基于硅烷的表面处理剂对钢纤维进行浸渍处理并高温固化成膜;埋置于水泥砂浆圆柱体试块中,开展单根纤维拉拔试验,获得拉拔荷载-位移曲线. 试验结果表明,采用不同的硅烷涂层对钢纤维进行表面改性,可以不同程度地改善钢纤维-砂浆界面的黏结性能;拉拔峰值荷载最高增加5.75倍,拉拔能耗最多增加2.48倍. 硅烷Z6011和Z6020及复合涂层能够较大幅度地提升界面黏结强度,主要增加钢纤维与砂浆界面的化学黏结力;硅烷Z6030和Z6040及复合涂层对界面黏结强度的提升幅度相对较小,主要增加界面滑移摩擦力. 采用扫描电子显微镜（SEM）研究界面黏结性能的提升机理,发现硅烷涂层使得界面过渡区的微观结构更致密,显著提升了钢纤维-砂浆之间的黏结性能.     

超高性能混凝土柱偏心受压性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)柱偏心受压性能,完成了7个UHPC柱和1个高强混凝土(HSC)柱的偏心受压试验;通过改变UHPC的钢纤维体积掺量以及偏压柱的偏心距及配箍率,分析试件在竖向荷载作用下的破坏形态、承载能力及变形能力。试验结果表明,UHPC柱在偏心受压作用下的破坏形态为大偏心受拉破坏和小偏心受压破坏;大偏心受拉破坏为受拉区纵筋屈服、裂缝细密,受压区UHPC被压裂;小偏压受压破坏为受拉区纵筋未屈服、裂缝细微且数量少,受压区UHPC被压碎。由于钢纤维的"桥联"作用,受拉裂缝得到有效的抑制,且数量明显增多、宽度减小;UHPC大偏压柱荷载-挠度曲线有较平缓的下降段,表现出良好的延性;与HSC柱相比,UHPC柱开裂荷载提高了44.5%和59%,极限荷载提高了30.2%和58.9%,随钢纤维体积掺量的增加,UHPC柱极限荷载提高13.3%～58.9%,破坏挠度提高14.3%～146.5%,随配箍率的增加,极限荷载提高6.2%～11.4%,破坏挠度提高14%～14.8%,通过增加钢纤维体积掺量及配箍率能有效的提高UHPC柱的承载能力和变形能力;基于UHPC较高的抗拉强度,考虑对受拉区的贡献,采用等效矩形应力图简化计算,提出UHPC偏心受压柱的承载力计算公式。计算值与试验值吻合良好。可为工程应用提供理论依据。     

钢纤维增强混凝土非线性疲劳方程及应用

根据混凝土疲劳破坏机制及钢纤维增强机理,建立了基于基体和界面过渡区性质的钢纤维增强混凝土非线性疲劳方程,并应用得到的方程分析了钢纤维长径比和体积掺量的影响.结果显示:钢纤维对基体的增强作用大于其对界面过渡区的增强作用,是钢纤维增强混凝土S-N曲线呈现明显非线性性质的原因;钢纤维提高基体初裂后的荷载承受能力及对界面过渡区的增强作用使其对高周疲劳性能有一定的改善作用;在讨论的纤维体积掺量、长径比范围内,纤维对基体、界面过渡区的增强作用随纤维特性参数的增大而增大.     

轴拉水泥基复合材料中钢纤维变位约束细观桥联模型

目的 从细观尺度研究受拉水泥基复合材料中倾斜纤维的桥联行为,解决承受轴拉的随机各向分布纤维增强混凝土的断裂问题.方法 将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算.结果 提出了变位约束细观模型,推导出拉拔力与裂纹张开位移及纤维倾斜角的函数关系式,纤维拉应力与剪切应力成正比.绘制该模型下的圆直纤维混凝土σ-ω曲线与试验结果吻合性较好.结论 笔者提出的弹性模型可较好地模拟纤维破坏机理.     

FRP约束RC矩形空心截面桥墩抗震性能

为了研究纤维增强复合材料(FRP)约束不同长细比中空截面墩柱的抗震性能,设计并制作了长细比分别为4和8的RC矩形中空截面墩柱,进行了单向水平低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了不同FRP约束墩柱的破坏特征、抗震性能和二次弯矩效应.研究结果表明:FRP约束对长细比较大墩柱的极限变形提高约16%,而墩柱最大承载力和极限承载力仅提高约5%,且减轻了短墩柱的捏缩效应和中长柱的二次弯矩效应;此外,对比分析了不同种类FRP约束不同长细比矩形空心墩柱的墩顶水平位移-力、塑性铰区截面的转动变形-弯矩的模拟值和试验值,其变化规律与试验结果吻合较好.     

纤维分布与界面强度对复合材料横向压缩性能影响分析

建立了纤维随机分布代表性体积单元微观力学模型,采用随机扩张算法生成纤维随机分布模型,微观有限元模型中采用内聚力单元和Drucker-Prager弹塑性准则分别对界面和基体的力学行为进行描述,分析研究了纤维分布形式与界面强度对复合材料横向压缩性能的影响。结果表明纤维随机分布是引起复合材料横向压缩强度不稳定的一个因素;基体剪切塑性损伤而不是界面损伤在复合材料横向压缩破坏过程中起主导作用,因而采用无界面单元模型可以简化建模、不需要考虑界面强度取值,并能很好地预测复合材料横向压缩强度与压缩损伤破坏形貌。     

轴拉钢纤维混凝土变位约束模型的细观力学解法

目的 研究细观约束变位模型,解决承受轴拉的随机各向分布纤维增强混凝土的力学性能.方法 通过将单根随机纤维的理论解在三维空间进行积分运算可以有效地描述受拉纤维混凝土的受力过程.结果 给出拉拔力与裂纹张开位移及纤维倾斜角的函数关系,所绘制的圆直纤维混凝土σ-ω曲线与试验结果有较好的一致性.结论 该弹性模型可以较好地模拟纤维的破坏机理,但将其扩展为弹塑性模型以模拟加载,屈服及卸载等过程仍需要更为深入的研究.     

砂土中浅埋圆或螺旋形锚板上拔承载机理数值分析

针对圆形锚板及螺旋锚基础承载力问题,基于欧拉-拉格朗日单元耦合分析方法,采用可考虑应变软化的改进Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,对砂土中圆锚拉拔过程进行数值模拟.在与单盘螺旋锚离心机试验结果对比验证数值模型有效性的基础上,探讨不同密实度砂土中锚板的拉拔破坏机理,并分析浅埋圆锚的破坏滑裂面形式,以及滑裂面上土体强...     

静载与循环荷载作用下的锚杆拉拔数值模拟分析

为研究土层锚杆在静载与循环荷载作用下的锚固机理。采用FLAC3D有限差分软件建立单根锚杆拉拔计算模型,对静载与循环荷载作用下锚杆不同位置的轴力及水泥砂浆-土体界面剪应力及其分布规律进行数值模拟研究。静载作用下锚杆数值分析结果表明:锚杆顶端的轴力最大,并且沿着锚固深度呈逐渐减小趋势;随着拉拔力增大,界面剪应力峰值沿锚固深度移动,土层锚杆两端界面发生塑性破坏;锚杆周围土体位移逐渐增大,且土体发生位移的区域传递到到远离锚杆的区域。循环荷载作用下锚杆数值分析结果表明:正弦波的频率与幅值对界面剪应力有较大影响,界面剪应力沿着锚固深度呈先增后减的趋势。在锚固长度的1/10处,界面剪应力达到峰值,锚固体两端的界面剪应力较小,锚固体两端发生塑性破坏。     

超高性能混凝土研究综述

介绍了超高性能混凝土（UHPC）的提出与世界各国的研究概况、UHPC 的基本制备原理与技术指标;对 UHPC 材料制备技术、超高性能机理、材料性能、工程应用研究进展进行了综述,提出了基体材料组成、凝结硬化过程与细观结构,纤维增强增韧机理细观力学分析,组成设计与制备技术,材性测试方法与指标体系,基于工程应用的研究与创新性应用研究,经济性和标准与规范等方面的研究方向。结果表明：UHPC 在理论研究与工程应用方面都取得了可喜的进展,随着环保、可持续发展日益受到重视,UHPC 具有极好的发展前景。     

配筋UHPC柱的抗震性能及影响因素分析

为研究配筋超高性能混凝土(ultra-high performance concrete, UHPC)柱抗震性能及影响因素,以碳纤维增强树脂(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)布缠绕、钢筋强度和剪跨比为参变量,对1根普通钢筋UHPC柱、1根CFRP布缠绕的普通钢筋UHPC柱和3根高强钢筋UHPC柱进行了低周往复试验,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、延性和耗能能力等。结果表明:对于剪跨比为1.5～4.0的配筋UHPC柱,延性及耗能能力均较好;在CFRP缠绕或较大剪跨比下,试件的破坏形态由剪压破坏转变为弯剪破坏,延性得到明显改善;提高UHPC柱纵筋和箍筋的强度可提高试件的承载力和延性;普通箍筋的裂后工作能力较差,建议UHPC受剪构件配置屈服强度在600 MPa以上的箍筋;基于桁架-拱模型,建立了考虑钢纤维抗拉贡献、轴压比和剪跨比影响的配筋UHPC柱的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好,可为UHPC结构设计提供参考。     

UHPC的轴拉性能与裂缝宽度控制能力研究

为研究3种类型超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的轴拉应力-应变曲线及其裂缝宽度控制能力,包括高应变强化UHPC、低应变强化UHPC和应变软化UHPC.采用轴拉试验方法测试狗骨头形试件,得到UHPC的轴拉应力-应变曲线和缝宽-应变曲线.试验结果表明:高应变强化UHPC和低应变强化UHPC的轴拉应力-应变曲线均包括弹性段、应变强化段和应变软化段,应变软化UHPC只有弹性段和应变软化段;UHPC应变强化段和应变软化段的转折点是裂缝缓慢扩展和迅速扩展的临界点;提高UHPC的极限拉伸应变,即延长其应变强化段,有助于提高其裂缝宽度控制能力;高应变强化UHPC拉伸应变在0.42%之前,其裂缝宽度均小于0.05 mm.对比C50混凝土(极限应变、极限强度分别为0.012%、2.3 MPa),高应变强化UHPC优异的裂缝宽度控制能力避免了结构设计中受正常使用状态裂缝宽度验算限制的影响,同时可在钢筋屈服前与其全程协同工作,这使得钢筋增强高应变强化UHPC在某些需要对裂缝宽度进行严格控制的结构类型中具有很高的应用价值.     

Mechanism analysis of helical and twisted reinforcement

Although helical and twisted reinforcement has been used to reinforce concrete for more than two decades, its rationale still remains unclear. With a brief review of current researches on the helical and twisted reinforcement properties, this paper describes some new phenomenon of the helical and twisted reinforcement in concrete and other matrix by experimental studies, and then discusses on mechanism of helical effect of strengthening. This paper also discusses the mechanism of accessional helical effect of strengthening and its significance in industrial practice. Extensive tests indicate that twisting is the most effective way to improve reinforcement mechanical properties. The main results are： （1） They can greatly enhance bond anchorage in base material. In some pull-out tests, the pull-out resistance increases with reinforcement slip within the specimens, which results not only in a higher pull-out load but also a larger slip up to 70%-80% of reinforcement embedded length. （2） Concrete reinforced by twisted bars demonstrates certain ductility at failure. （3） The bond strength depends on the pitch space directly. （4） The twisted effect on material strengthening is from a three-dimensional interlocking force which is formed from material untwisting when they were pulled out from base specimens.     

钢-超高性能混凝土组合板横向受弯静力试验及有限元模拟

为了研究钢-超高性能混凝土（UHPC）组合板的受弯性能,开展8块该类组合板的受弯试验,分析正、负弯矩作用下的受弯破坏开展全过程.在正弯矩作用下,组合板受弯破坏经历了线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段,结构刚度两次衰减的拐点分别是界面滑移与钢板屈服,结构破坏时加载点附近UHPC局部压碎且剪弯段及端部界面出现脱空现象;在负弯矩作用下,UHPC层出现横向裂缝导致结构刚度第一次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得钢筋应力持续增大直至屈服,最终主裂缝宽度过大导致结构刚度严重衰减,组合板因UHPC层受拉断裂而破坏.采用有限元软件ABAQUS,建立非线性有限元模型.模型中考虑界面接触、材料非线性、混凝土损伤塑性模型等,模拟试验全过程.在与试验结果进行对比分析的基础上,分析影响钢-UHPC组合板抗弯性能的主要因素,包括界面黏结方式、纵筋配筋率、栓钉数及布置,研究这些因素对组合板抗弯极限承载力、结构刚度、跨中挠度等力学性能的影响.     

Shear Behavior of Open Steel Tube Connectors in Steel-UHPC Composite Decks

钢-UHPC组合桥面板开口连接件抗剪性能研究

叶琳1,2,蔡文平3,庄扬帆1,杜阳1,赵秋1

（1.福州大学 土木工程学院,福州350108;

2. 阳光学院 土木工程学院,福州350015;

3. 湖南省交通科学研究所有限公司,长沙410000）

中文说明：

钢和超高性能混凝土（UHPC）组合桥面板可有效减少疲劳裂纹和沥青路面损伤。通过推出试验研究了钢-UHPC组合桥面板新型开口钢环（OST）连接件的抗剪性能。测试参数是桥面板有无配筋。 实验讨论了推出试件的荷载-滑动曲线和抗剪性能。结果表明,与素混凝土试件相比,配筋试件的极限滑移率降低了32％,抗剪刚度提高了10％,但极限抗剪承载力几乎相同。UHPC的使用影响了失效过程,观察到OST连接件在其下半部被剪断,随后是上半部的拔出失效。通过试验验证了有限元模型的正确性,并利用该模型分析了带开口钢环连接件桥面板的变形和失效行为。该模型表明,连接件根部存在应力集中区,开口钢环下半部是承受载荷的主要部位。

关键词：组合桥面板,开口钢管连接件,UHPC,推出试验,抗剪性能,有限元模型

     

型钢混凝土粘结滑移性能试验分析

针对型钢混凝土粘结滑移性能，设计了两种推出试验的试验方案，并研制了一种内置式钢-砼电子滑移传感器，对型钢与混凝土之间的粘结滑移性能进行了试验研究，主要对型钢翼缘和腹板应变、内部滑移进行了试验测量，并根据试验结果，得出了P-S曲线及型钢翼缘和腹板应变及内部粘结滑移的分布规律，分析了粘结破坏的破坏机理和裂缝分布规律，本文可对型钢混凝土粘结滑移性能的进一步试验研究和理论分析提供参考。     

砂浆粘结GFRP土钉抗拔承载力室内试验研究

为探索GFRP筋代替钢筋用作土钉抗拉材料的可行性,自制了试验模型箱,通过室内拉拔试验,探讨了拉拔过程中砂浆粘结GFRP土钉钉头位移的变化情况以及极限抗拔力随上覆压力的变化规律.试验结果表明.砂浆粘结GFRP土钉的拉拔特性类似于砂浆粘结钢筋土钉,且钉头位移和拉拔荷栽之间的关系可用双曲线来描述.此外,在进行土钉抗拔承裁力计算时,对密实填土宜考虑钉土界面处的剪胀效应.     

预制拼装混凝土桥梁连接钢筋粘结锚固性能

为分析预制拼装混凝土桥梁连接钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能,以钢筋直径、混凝土强度、锚固长度为试验参数,制作了22个钢筋混凝土拉拔试件进行试验研究,并建立相应的钢筋混凝土粘结界面有限元模型,分析各参数对试件承载力与粘结强度的影响.基于试验数据和有限元结果,拟合并推导了预制拼装混凝土桥梁连接钢筋的粘结强度计算公式,对比分...     

生态型超高性能混凝土的弯曲行为研究

通过大掺量超细工业废渣制备了2个不同配比的超高性能混凝土，分别研究了其棱柱体三点弯曲行为和薄板四点弯曲行为，绘制了弯曲荷载-挠度曲线，讨论了钢纤维、有机纤维和纤维混杂对其弯曲行为的影响。结果表明通过纤维的增强和增韧作用，超高性能混凝土的抗弯强度和弯曲韧性指数分别提高到2倍和10倍以上。破坏形态从脆性断裂转变为延性破坏。     

离心成型的粗骨料UHPC输电杆受弯性能试验

为改善普通混凝土电杆自重大、杆身易开裂、承载力低等问题,基于离心成型工艺,调整离心速度、加速度和时间,设计了粗骨料UHPC最优配合比,通过变速离心机制作了6根含粗骨料的UHPC环形电杆,进一步提高了生产效率,采用四点弯曲静力加载,并以钢纤维掺量和配筋率为参数,研究其破坏模式、抗裂性能和承载能力。试验结果表明：电杆破坏方式可分为弹性、裂缝开展和破坏3个阶段;随着钢纤维掺量增加,电杆的主裂缝数量逐渐降低,而细微次裂缝逐渐增多,钢纤维在一定程度上阻碍了裂缝的发展,其受弯承载力提高了42.6%;随着配筋率的增大,电杆的主裂缝数量相差不大,但裂缝长度和宽度明显减小,且抵抗变形能力增强,其受弯承载力提高了63.8%;采用活性粉末混凝土电杆受弯承载力计算方法与试验值较为接近,但相对安全保守,不过随着配筋率和钢纤维掺量的提高,其理论计算值与试验值也越接近。