大比例预应力UHPC-T形梁抗弯性能试验研究

为研究预应力UHPC梁的力学性能及结构设计方法,进行了一片大尺寸T梁的弯曲试验,获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要结果。利用现有研究成果,考虑UHPC材料的受拉性能影响,给出了修正的受拉应力-应变关系曲线,建议了极限状态下截面应力应变分布模式,由此改进了开裂荷载和极限承载能力的计算方法,并获得了相应结果。分析结果很好地预测了试验梁的荷载-位移曲线及极限承载力大小;基于平截面假定,考虑UHPC材料的非线性性能,编制了UHPC梁全过程非线性分析程序,理论分析和程序计算的结果与试验结果吻合良好。以此为基础,进而分析了预应力配筋率及张拉应力大小,以及高跨比对结构抗弯承载能力的影响规律,为UHPC梁的应用提供参考。结果表明:预应力UHPC梁具有良好的延性和变形性能,其开裂弯矩可按我国桥规公式计算,并宜考虑UHPC的受拉塑性;UHPC的受拉性能对其抗弯承载能力有贡献、但不大;适当增加预应力筋面积,可充分利用UHPC的超高抗压强度,并能有效提高UHPC梁的开裂弯矩、极限承载能力大小。     

UHPC-T梁抗弯性能试验研究与理论计算

为研究配筋率和预应力对超高性能混凝土T梁(UHPC-T梁)抗弯性能的影响,设计并制作了4根UHPC-T梁与1根普通混凝土T梁,采用三等分点抗弯试验研究了T梁加载破坏的全过程特征,并采用理论公式计算了T梁的开裂弯矩和极限弯矩等关键性能参数。结果表明:配筋率对UHPC-T梁开裂荷载的影响不大; 相同配筋率下,预应力UHPC-T梁的极限承载力约为UHPC-T梁的1.4倍,UHPC-T梁的极限承载力约为普通混凝土T梁的2倍,表明预应力和UHPC均可明显提升T梁的极限承载能力; 与普通混凝土T梁相比,UHPC-T梁裂缝细而密,加载初期最大裂缝宽度发展较慢,裂缝宽度及其数量明显减少; 与UHPC-T梁相比,预应力UHPC-T梁能有效抑制裂缝的生成与发展,表明预应力和UHPC能改善T梁的抗裂性能; 各试验梁跨中正截面混凝土应变与荷载基本呈正比例关系,表明平截面假定同样适用于预应力UHPC-T梁与UHPC-T梁; T梁的理论开裂弯矩和极限弯矩均与相应的试验结果吻合较好,且两者之间的相对误差小于20%,满足工程设计要求。     

预制大悬臂预应力UHPC薄壁盖梁#br# 抗弯性能的试验研究

为解决传统混凝土盖梁自重大、难以实现全预制拼装的技术难题,文章提出一种全预制轻型预应力超高性能混凝土（UHPC）大悬臂薄壁盖梁结构,自重减轻40%左右。为探究该结构的正截面抗弯及抗裂性能,结合实际工程,设计一片1∶2大比例缩尺模型并完成全过程加载测试,获得结构的变形、应变、裂缝分布特征及开裂荷载、破坏荷载等关键结果;基于试验结果、UHPC材料的应变硬化特性及法国和瑞士UHPC规范,深入研究结构的初裂弯矩、名义开裂弯矩及抗弯承载力的计算方法。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤（CDP）模型进行仿真分析,结果表明：新型UHPC盖梁具有良好的受力和变形性能,抗裂性能良好、裂缝具有多元分布特征;根据本文方法计算得到的抗弯承载力和开裂弯矩与试验结果吻合良好,且偏于安全,建议计算初裂弯矩和名义开裂弯矩时塑性影响系数分别取为1.0和2.0;实际工程中适当增加预应力钢筋、减少普通钢筋,有助于提高结构受力性能。     

钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究

通过轴压和轴拉试验,得到了活性粉末混凝土受压和受拉应力-应变全曲线方程。通过6根钢筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,得到了此类梁在各级荷载作用下纯弯区段受压边缘压应变及应变沿梁高的分布,获得了试验梁的开裂弯矩和极限弯矩,考察了试验梁的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：钢筋活性粉末混凝土试验梁受压边缘极限压应变为5500×10-6,纯弯区段开裂应变为750×10-6,截面抵抗矩塑性影响系数计算应考虑纵向受拉钢筋的有利影响。建立了考虑截面受拉区拉应力贡献的正截面承载力计算公式和反映钢筋活性粉末混凝土梁自身受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法,可供钢筋活性粉末混凝土梁设计时参考。图9表10参11     

预制大悬臂预应力UHPC薄壁盖梁抗弯性能的试验研究

为解决传统混凝土盖梁自重大、难以实现全预制拼装的技术难题,文章提出一种全预制轻型预应力超高性能混凝土(UHPC)大悬臂薄壁盖梁结构,自重减轻40%左右。为探究该结构的正截面抗弯及抗裂性能,结合实际工程,设计一片1∶2大比例缩尺模型并完成全过程加载测试,获得结构的变形、应变、裂缝分布特征及开裂荷载、破坏荷载等关键结果;基于试验结果、UHPC材料的应变硬化特性及法国和瑞士UHPC规范,深入研究结构的初裂弯矩、名义开裂弯矩及抗弯承载力的计算方法。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤(CDP)模型进行仿真分析,结果表明:新型UHPC盖梁具有良好的受力和变形性能,抗裂性能良好、裂缝具有多元分布特征;根据本文方法计算得到的抗弯承载力和开裂弯矩与试验结果吻合良好,且偏于安全,建议计算初裂弯矩和名义开裂弯矩时塑性影响系数分别取为1.0和2.0;实际工程中适当增加预应力钢筋、减少普通钢筋,有助于提高结构受力性能。     

免拆超高性能混凝土模板钢筋混凝土梁的受力性能及短期刚度研究

通过4根采用免拆超高性能混凝土(UHPC)模板的钢筋混凝土(RC)梁与2根RC梁的对比试验,研究UHPC模板与后浇混凝土界面的黏结性能、保护层厚度对免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力的影响,结果表明:达到峰值荷载时,经过拉毛处理的预制UHPC模板与后浇混凝土界面未出现滑移;峰值荷载后至受拉钢筋达到其极限拉应变时,预制UHPC模板与后浇混凝土界面出现轻微剥离;保护层厚度为10 mm的免拆UHPC模板RC梁的抗弯刚度和承载力略高于保护层厚度为20 mm的梁;但在峰值荷载后,前者较后者的底部模板与后浇混凝土界面处较早地出现沿界面滑移;综合考虑,建议该类梁的保护层厚度取20 mm较为合理。采用有效惯性矩法,基于平截面假定,建立了免拆UHPC模板RC梁的截面开裂弯矩和抗弯刚度计算式,计算值与试验值吻合较好。     

超高性能混凝土节段预制拼接梁受弯性能试验研究

为研究预应力超高性能混凝土(UHPC)拼装梁的受弯性能,完成了5片试验梁,研究参数主要为有、无拼接缝,键齿类型及预压应力。获取了试验梁的破坏模式、受拉区钢绞线应力增量、荷载-挠度曲线及应变分布规律。试验发现:试验梁均呈现典型的弯曲破坏,受压区UHPC均压碎,破坏时受压边缘的最大压应变可达7.2×10-3以上,无论是否设置拼接缝应变沿截面高度的分布规律基本满足平截面假定;与整浇梁裂缝不同,拼接梁的弯曲裂缝主要集中在拼接缝位置; UHPC试验梁均具有较好的延性,且拼接梁的延性优于整浇梁;预压应力会影响试验梁的开裂荷载,但对极限荷载的影响较小; UHPC拼装梁比同条件下整浇梁的抗弯承载能力低9%～15%,接缝构造对抗弯承载能力也有一定影响,多齿构件承载力比同条件下单齿构件的低4.5%,平齿构件承载力比多齿构件的低5.7%。基于试验分析发现美国国家公路交通管理学会AASHTO标准节段梁设计提出的接缝折减系数基本适合UHPC节段拼装梁,但折减系数还应与键齿类型有关。     

预应力RPC吊车梁正截面静载承载力试验研究

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种新型超高性能混凝土.为了研究其构件的受弯性能,制作了二根吊车梁进行静载试验,通过分析其受力至破坏的整个过程,得到了吊车梁在各级荷载作用下最不利截面应变沿高度的分布图,建立了考虑受拉区拉应力贡献的正截面开裂弯矩和极限弯矩计算公式.研究结果表明,预应力活性粉末混凝土受弯构件,在开裂前可以按弹性方法计算,将受压区简化为三角形,受拉区简化为梯形.在计算截面抵抗矩塑性影响系数时,纵筋率越高,梁的开裂弯矩提高越大,其T形截面的抵抗矩塑性影响系数γm可近似取为2.1.考虑受拉区混凝土的贡献,受拉区应力图等效系数k可近似取为0.34.     

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     

预应力AFRP筋混凝土梁受弯性能的试验研究

对一组配置芳伦纤维增强塑料AFRP预应力筋的简支梁进行受弯试验,考察AFRP筋配筋率、张拉控制应力、非预应力钢筋配筋率等因素对构件承载能力的影响,分析了开裂荷载、极限荷载、荷载-挠度关系、裂缝发生发展、平截面假定、AFRP筋和普通钢筋的应变发展状况等。试验结果表明:有粘结预应力AFRP筋混凝土梁的受载全过程可分为三个阶段,即从加载到混凝土开裂,再到非预应力筋屈服,最终达到极限承载力;虽然AFRP筋材没有屈服点,但是其弹性模量较低,因此,试验梁破坏前有明显的变形和预兆;破坏时,AFRP筋应变不一定达到极限,其值可按平截面假定计算;此外,试验表明,适当提高张拉控制力能提高梁的极限承载能力。     

预应力UHPC梁弯曲性能分析与合理设计

为研究预应力超高性能混凝土（UHPC）梁的基本受力性能和合理设计方法,完成了一片大比例预应力UHPC T形梁的弯曲全过程加载试验;基于混凝土损伤塑性（CDP）模型建立预应力UHPC梁的非线性有限元模型,对试验过程进行了细致模拟,将分析结果与试验结果进行对比;以仿真模型为基础深入研究了预应力筋数量、张拉应力、UHPC材料抗压和抗拉强度等参数对UHPC梁弯曲性能的影响规律;提出了UHPC梁的预应力配筋率计算公式,并建议了其合理范围,初步探讨了UHPC梁的合理设计方法。结果表明:基于CDP模型的有限元模型能较好模拟预应力UHPC梁的弯曲受力性能,分析结果与试验结果吻合良好;提高预应力能有效提高构件承载力,但延性降低;提高UHPC材料的抗压强度对构件弹性阶段和开裂阶段受力性能影响不大,但能有效提高构件延性,提高抗拉强度能有效提高构件的抗裂性能和延性,并使极限承载力有所提高。     

超高性能混凝土有腹筋梁受剪性能及受剪承载力研究

为了研究超高性能混凝土（UHPC）有腹筋梁的受剪性能,对7根UHPC梁进行了受剪性能试验,变化参数包括剪跨比、纵筋配筋率、配箍率、钢纤维掺量等。试验结果表明：UHPC有腹筋梁的破坏形态有弯曲屈服后的剪切破坏和剪压破坏,破坏时梁表面呈现斜向多条裂缝形态;箍筋可以提高UHPC梁开裂后刚度,钢纤维和箍筋均可以提高UHPC梁的变形能力和受剪承载力,足够的箍筋和钢纤维共同作用可以进一步提高UHPC梁的延性;配箍率增加,梁腹部会出现较密的短斜裂缝。提出了UHPC有腹筋梁受剪承载力计算模型,其中包括剪压区混凝土、斜裂缝处钢纤维、箍筋及纵筋销栓作用对于梁受剪承载力的贡献,模型计算值与试验值吻合良好。     

预应力超高性能钢纤维混凝土梁受弯性能试验研究

为了研究后张法预应力超高性能钢纤维混凝土梁的受弯性能,对6根梁试件进行了3分点对称加载试验研究。试件变化参数包括非预应力纵筋强度等级、配筋率、张拉控制应力及预应力度,获得了试件的开裂弯矩、极限弯矩、破坏形态以及裂缝开展情况。试验结果表明：HRB500级钢筋与UHPSFC适配良好,可以充分发挥二者的高强性能;张拉控制应力及预应力度增加,开裂弯矩增大;高性能钢纤维混凝土梁弯曲裂缝细而密,正常使用极限状态下最大裂缝宽度不大于0.15mm。通过引入抗裂影响系数对受拉区塑性影响系数进行修正后,开裂弯矩计算值与试验值吻合较好。根据简化的高性能钢纤维混凝土本构模型建立了高性能钢纤维混凝土梁的受弯承载力计算公式,其计算值与试验值吻合良好,可为高性能钢纤维混凝土梁理论分析和设计提供参考。     

钢筋UHPC梁正截面抗弯承载力计算方法

超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)是一种高强、高韧性和高耐久性的新型水泥基复合材料,具有广阔的应用前景。由于UHPC内的钢纤维能有效控制裂缝开展并提高UHPC的抗拉强度,因此,UHPC构件抗弯承载力分析时,一般计入截面受拉区UHPC的抗拉作用,但对于如何考虑受拉区UHPC的抗弯贡献,国内外相关研究结果间存在较大分歧,因此值得进一步研究。首先,编制钢筋UHPC梁正截面抗弯承载力分析程序,分析不同设计参数对截面受拉区UHPC抗弯贡献的影响。结果表明:配筋率、梁高、钢纤维长度、截面形状和预应力水平是影响受拉区UHPC抗弯贡献的主要参数。基于参数分析结果的回归分析,提出截面受拉区UHPC的均匀分布应力折减系数k的计算公式;通过引入受拉翼缘面积折减系数k_f,考虑不同截面形状的影响。在此基础上,提出不同弯曲破坏模式下钢筋UHPC梁抗弯承载力的简化计算方法,并以国内外115根钢筋UHPC梁抗弯承载力试验结果验证所提方法的适用性。     

新型钢-UHPC组合桥面板抗弯承载力模型试验与理论分析方法

为综合解决正交异性钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装易损两大难题,提出一种由波形顶板、超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)结构层和改进螺旋线(modified clothoide,MCL)形组合销所构成的新型波形顶板-UHPC组合桥面结构.设计2类共12个足尺模型,对所提出...     

单调荷载作用下高强混凝土梁受弯性能尺寸效应研究

进行了不同截面尺寸高强混凝土梁的弯曲试验,研究了梁高对其受弯性能的影响。试件采用C70高强混凝土,纵向受力钢筋采用HRB400级钢筋。试件截面尺寸不同,截面长宽比、剪跨比和配筋率等参数保持一致。分析了不同截面尺寸对高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩、名义极限弯矩、延性以及塑性转动能力的影响。研究结果表明,高强混凝土梁的名义开裂弯矩、名义屈服弯矩和名义极限弯矩无明显尺寸效应,而试件的位移延性系数和塑性铰区的塑性转动能力则表现出明显的尺寸效应,随截面尺寸的增大梁的位移延性系数和塑性铰区塑性转动能力有所降低。     

配筋率对全珊瑚海水钢筋混凝土梁受弯性能的影响

通过对全珊瑚海水钢筋混凝土梁(CARCB)和普通钢筋混凝土梁(OARCB)进行受弯性能试验,研究了混凝土种类和配筋率对CARCB的变形性能、承载能力的影响。结果表明:随着配筋率的提高,CARCB的开裂弯矩和极限弯矩均逐渐增大,裂缝宽度扩展逐渐减慢,能有效抑制裂缝的发展。同时,可以通过提高配筋率,增大开裂弯矩与极限弯矩的比值,从而延后CARCB的开裂时间。CARCB的裂缝宽度均随着荷载的增长而增大,在加载初期,裂缝宽度增长缓慢,接近极限荷载时,裂缝宽度迅速增大,最终导致梁破坏。此外,综合考虑钢筋锈蚀引起钢筋截面损失和钢筋屈服强度降低的影响,提出了CARCB的极限弯矩、纵向受拉钢筋应力、平均裂缝间距和平均裂缝宽度的计算模型。