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。     

超高性能混凝土轻质密肋楼板预制件承载性能试验研究

通过对15个超高性能混凝土(UHPC)轻质密肋楼板预制件的静力试验,综合分析了该预制件的裂缝发展、破坏形态和受力性能,讨论支承净间距对承载性能的影响规律,并与GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》的理论值进行分析对比。研究表明:从开始加载到最终破坏,挠度增长缓慢,裂缝逐渐开展,试件变形能力较好;试件的位移延性系数均较大,且在出现裂缝后,仍具有较好的承载和变形能力;预制件承载能力随支承净间距的增大而减小,GB 50010—2010能较好地反映支承净间距的影响关系;可以按矩形截面计算UHPC轻质密肋楼板预制件施工阶段的承载能力。     

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。     

基于DIC方法的混凝土压缩试件裂纹识别

基于特殊设计的混凝土试件单轴压缩破坏试验,结合高分辨率CMOS采集到的逐级加载过程中的变形图像,采用数字图像相关方法(Digital Image Correlation,以下简称DIC方法),应用由MATLAB和C++语言混合编程的开放式二维数字图像相关方法计算平台,研究分析了混凝土试件表面受力变形直至破坏全过程位移场分布、特点,计算获得了较为准确的试件裂纹表面形态、长度、位置等数字化的基本裂纹信息,为进一步直接、准确地建立混凝土试件或构件的裂纹有限元分析模型,以及进一步研究混凝土结构的破坏特征和断裂机理有着重要的意义和价值。     

钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆节点性能试验研究

钢-UHPC组合桁式拱桥的提出,有望解决特大跨径拱桥造价高、难以施工等难题。对1000m钢-UHPC组合桁式拱桥拱肋与腹杆关键节点的受力性能进行了研究,计算表明,在荷载基本组合作用下节点拉、压杆的轴力均超过10000kN,为保证节点处钢和UHPC两种材料牢固结合,通过节点受力分析和优化研究,提出了一种带混合连接件钢接头的UHPC箱型拱肋与钢腹杆新型节点连接构造。对最不利受力的节点制作了1∶5缩尺模型,不考虑箱型拱肋底板和腹板对节点受力的贡献,开展了平面三向加载试验和抗拔试验。试验结果表明：平面三向加载试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋一侧开裂,另一侧压溃,但节点连接保持完好;抗拔试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋沿钢接头的轮廓剪切破坏;平面三向加载试验中,钢腹杆的极限荷载是设计荷载的2.72倍,且UHPC拱肋的名义开裂应力为13.36MPa,是设计应力的1.85倍,表明节点的承载能力和抗裂性能满足设计要求;钢接头与UHPC拱肋结合面的抗剪性能和抗拔性能满足正常使用极限状态和承载能力极限状态的要求。     

CFRP筋增强混凝土梁抗剪性能试验

针对桥梁和建筑结构中大量使用的碳纤维筋（CFRP）增强混凝土梁的抗剪性能,首先设计箍筋间距和剪跨比不同的3根足尺CFRP筋增强混凝土梁试件,并基于规范要求给出其抗剪性能测试试验工况和加载模式;然后,观察不同工况下试件在两点集中加载方式下裂缝的产生和发展过程,总结归纳CFRP筋混凝土梁的失效模式和破坏特征;同时,由CFRP纵向受力筋和CFRP箍筋的荷载—应变关系及CFRP筋混凝土梁的开裂荷载、极限荷载和荷载–挠度曲线的变化情况,分析研究CFRP筋混凝土梁承载能力和变形性能随剪跨和箍筋间距的变化规律;最后,分析剪跨、箍筋间距等影响因素对CFRP筋混凝土梁裂缝宽度、裂缝数量及裂缝分布的影响规律。结果表明：CFRP筋混凝土梁的剪切破坏由弯剪区贯通斜裂缝发展所致;CFRP箍筋配箍率和剪跨比对开裂荷载影响显著,箍筋配箍率越大,试验梁斜截面开裂荷载和极限破坏荷载增加,但是剪跨比越大梁承载力则明显降低;梁的挠度–荷载曲线呈两段式线性分布,梁破坏时变形明显,裂缝宽度较大,高强CFRP箍筋强度发挥有限。     

叠合式套拱加固带裂损衬砌的破坏机制研究

采取叠合式套拱方案,加固拱顶带纵向裂缝的隧道衬砌结构,并基于1∶10的相似模型试验,量化研究拱顶松动荷载作用下结构的破坏机制,即受力变形特征、裂缝发展过程、短期刚度衰减规律以及破坏模式,进而探讨补强结构的极限承载能力计算方法,并分析原衬砌裂缝深度对补强效果的影响。研究表明,地层抗力为10 MPa/m时,松动荷载下,补强结构的受力变形过程分3个阶段,以拱顶开裂、拱顶叠合面错开为分界点;主裂缝集中于拱顶、拱腰部位,整体破坏为延性破坏,破坏荷载由拱顶截面控制;补强结构的开裂荷载、短期刚度、破坏荷载与既有裂缝深度满足线性关系。     

轻质芯模混凝土叠合密肋楼板试验研究与分析

为研究轻质芯模混凝土叠合密肋楼板的受力和变形性能,对由混凝土梁四边支承的轻质芯模混凝土叠合密肋楼板的足尺模型进行了竖向加载试验。观测楼板裂缝的出现和发展以及楼板破坏过程,分析楼板的荷载-挠度曲线、荷载-钢筋应变曲线以及楼板的安全性和适用性。试验结果表明,在初始加载到破坏的整个过程中,楼板的裂缝逐渐开展,挠度缓慢增大,楼板表现出良好的延性破坏特征;同时楼板呈现出明显的双向板受力特征,主肋表现出T形截面梁的受力特征;楼板具有较高的安全储备和良好的适用性。     

超高性能混凝土翼板-窄幅钢箱组合梁双重组合作用试验与有限元分析北大核心CSCD

对于部分填充混凝土式窄幅钢箱连续组合梁裂缝控制问题,对3根混凝土翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁进行了静力加载试验。试验结果表明:组合梁负弯矩区承载性能得到明显改善,但翼板裂缝控制效果不明显。基于超高性能混凝土(UHPC)良好的裂缝控制能力提出将部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁翼板替换为UHPC翼板,形成UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁。采用ABAQUS有限元软件建立了5种组合梁的精细化模型,分析了组合梁全过程受力性能。结果表明,UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱组合梁的开裂弯矩与截面承载能力显著提高,各组合梁翼板与钢梁交界面间的滑移差距不大。考虑到经济因素,为提升组合梁负弯矩区截面的开裂弯矩,应适当增加UHPC的板长,减小板厚。     

预制-现浇拼合楼板结构性能试验研究

为研究预制-现浇拼合楼板与现浇式楼板在静力荷载作用下的受力性能及破坏机理,对6个足尺的钢筋混凝土楼板进行了拟静力加载试验,并对楼板的裂缝发展情况、跨中挠度、钢筋和混凝土应变以及受力性能进行研究。结果表明:预制-现浇拼合楼板具有良好的受力性能,破坏形式为两端拼缝处的剪切破坏;预制-现浇拼合楼板两端拼缝的存在,使得楼板跨中裂缝宽度和跨中挠度减小;与现浇混凝土楼板相比,跨中混凝土开裂荷载相差不大,说明现浇板与拼合板抗裂性能相当;同时预制-现浇拼合楼板在结构设计时应适当增大拼缝处局部构造配筋。     

纤维混凝土隧道衬砌地震动力响应特性的振动台试验研究

 为研究纤维混凝土隧道衬砌在地震动力作用下的动响应特性,对普通混凝土隧道衬砌与纤维混凝土隧道衬砌开展大型振动台模型试验,分析隧道衬砌的震害特征、地震动应变、结构内力和应变基线响应规律。试验结果表明：水平地震荷载及地层压力共同作用下,2种隧道衬砌均为仰拱最先开裂,其次为拱腰开裂,衬砌结构破坏模式主要为开裂、掉块和裂缝两侧挤压破坏;素混凝土隧道衬砌出现开裂破坏早,裂缝易贯通,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移大;纤维混凝土隧道衬砌出现开裂破坏晚,裂缝两侧混凝土基体在振动过程中相对位移小,裂缝呈挤压破坏状;纤维延缓衬砌结构裂缝的产生和阻碍裂缝的扩展;地震波加速度峰值从0.1 g增大到1.0 g时,素混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度显著增大,而纤维混凝土隧道衬砌动应变极值和裂缝宽度先在一定范围内缓慢增长然后迅速增大,但最终2种衬砌动应变极值和裂缝宽度大致相等,说明纤维混凝土隧道衬砌在一定地震荷载范围内可以有效避免开裂和减小裂缝宽度;纤维混凝土隧道衬砌压缩变形率较小,当输入地震波加速度峰值为0.1 g和0.4 g时,纤维混凝土隧道衬砌结构动弯矩极值较低,受力更均衡,能有效地抵御地震荷载。     

地下结构抗爆炸地冲击性能静载试验研究

近期研究证明,静力加载可以反映地冲击荷载作用下地下结构的整体弯曲变形和局部破坏状态,为采用等效静力试验方法获取结构抗爆性能相关参数提供新的思路。针对某深埋于围岩介质中的直墙圆拱结构,设计了3∶10几何缩比的试验模型,开展了围岩介质中深埋地下结构抗爆炸地冲击性能静载试验,以结构圆拱挠度为抗爆性能指标,记录并分析了地下结构的变形、受力和破坏状态。试验结果表明,静力加载作用下,深埋地下结构呈现与动力爆炸荷载下相同的拱顶塌陷、墙体剥离的整体受压破坏模式。结构拱顶在荷载达到800 kN时出现混凝土开裂,超过1 200 kN后钢筋开始屈服、断裂;结构模型的峰值承载力为1 600 kN,超过此荷载,结构发生严重破坏。     

竹芯竹筋混凝土单向板抗弯承载力试验研究

将毛竹代替钢筋运用于混凝土单向板内,提高了板的空心率,达到减轻自重的目的。为研究竹芯竹筋混凝土单向板的受力性能,对3块配筋率不同的竹筋板进行均布荷载下的抗弯试验。通过试验分析构件的开裂荷载、极限荷载、应变、挠度及破坏全过程,研究表明:板破坏时,其跨中挠度可以达到l0/25以上,延性很好;竹筋板受弯过程,呈两阶段特征,即开裂前弹性阶段和开裂后带裂缝工作直至破坏;将毛竹材料力学试验及板的加载试验数据结果综合分析,对毛竹材料分项系数提供了建议值,并结合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》提供的计算承载力方法推导出竹芯竹筋混凝土单向板的抗弯设计算式及相关构造措施。     

桥面铺装对预应力混凝土空心板受力性能影响的试验研究

桥面铺装层与行车道板结合良好时,可参与结构受力.为研究铺装层对结构受力性能影响,分别对有、无铺装层的两片空心板进行正截面承载能力试验,研究铺装层对空心板跨中混凝土应变分布、挠度、裂缝开展规律以及破坏形态的影响.试验结果表明桥面铺装层空心板共同受力性能良好,铺装层能显著提高结构开裂荷载和极限承载能力,增大结构刚度和改变结构破坏形态.并参考相关文献对构件刚度、开裂荷载和极限承载力进行计算,与试验结果进行比较,对考虑铺装层作用时空心板计算提出建议.     

预应力活性粉末混凝土简支梁挠度试验分析

将活性粉末混凝土应用于无黏结预应力结构中,由于其超高的强度使得结构或构件的截面可以进一步减小,而构件的刚度能得到很好的保证;通过8根无黏结预应力活性粉末混凝土简支梁的试验,针对不同非预应力钢筋配筋情况下简支梁张拉阶段的反拱和加载阶段的挠度进行研究,通过对比构件挠度及反拱的试验值和计算值得出无黏结预应力活性粉末混凝土简支梁开裂前的刚度与普通混凝土的取值相同为0.85EI;钢纤维活性粉末混凝土相比一般混凝土提高了梁的整体刚度;预压区非预应力钢筋配筋提高,梁在张拉阶段的反拱值降低;提高受压区非预应力钢筋配筋率能有效约束裂缝的发展,降低梁在加载阶段的挠度。     

UHPC局压性能试验研究与承载力计算公式

预应力超高性能混凝土(UHPC)结构具有轻型化、跨度大等优点,为了探明其锚固区的受力性能,以钢纤维长径比、局压面积比与钢纤维掺量为变量,开展了18个带中心孔道的UHPC棱柱体试件的局压试验,得到了局压承载力以及荷载-位移关系。试验结果表明：UHPC试件局压开裂荷载一般为局压极限荷载的45%～78%,局压破坏之前有较长的裂缝发展过程;局压受力可分为压密、弹性变形、外围混凝土及其与楔形体界面的裂缝发展、破坏四个阶段;钢纤维长径比分别为65与80的两组UHPC试件局压承载力、局压刚度相差均较小;UHPC试件弹性变形阶段核心混凝土竖向柔度和相对压陷的竖向柔度随局压面积减小而增大;当钢纤维掺量分别从1%增至2%和2%增至3%时,UHPC试件局压承载力增幅达12.9%～14.4%和5.3%～7.4%,局压刚度亦随纤维掺量增加而增加。UHPC局压承载力的计算仍可采用普通混凝土局压承载力公式的形式,但相关系数取值有所不同;按该文给出的方法取值,计算值与试验结果吻合较好。     

蜂巢芯空心楼盖足尺试验研究及有限元分析

为准确掌握新型蜂巢芯空心楼盖的结构性能,进行了足尺九柱四区格蜂巢芯空心楼盖的破坏性静力加载试验研究。分区格进行了5种工况的加载试验,得到了楼盖结构的荷载-挠度曲线,测定了楼盖的整体极限承载能力。试验结果表明,蜂巢芯空心楼盖裂缝出现和分布情况与一般的实心板无梁楼盖基本相同,变形能力也与实心板楼盖类似。利用ANSYS软件对蜂巢芯空心楼盖在均布荷载下的受力进行了非线性有限元分析,并进行了计算开裂荷载、破坏荷载及荷载-挠度曲线和实测值的对比,结果表明两者吻合良好。     

侧向荷载作用下公路隧道衬砌损伤演化分析

为了研究侧向荷载作用下隧道衬砌的损伤演化机制,采用1∶10相似模型试验分析了隧道结构在侧向荷载下的受力变形特征、破坏形式和损伤过程,基于试验结果利用数值计算反演分析了衬砌结构刚度衰减规律。研究表明:侧向荷载下隧道受力变形过程分为4个阶段:弹性受力阶段、拱腰开裂阶段、保护层局部破碎剥离阶段、结构软化破坏阶段;结构破坏模式表现为拱肩位置的斜剪破坏,关键部位破坏顺序为“拱腰开裂—拱肩脆性剪坏—拱腰延性破坏”,破坏时形成三铰拱可变体系。衬砌结构刚度在拱腰开裂后快速衰减,结构丧失承载力时刚度衰减幅度为84%;考虑隧道安全性评价,以结构技术状况评定值为界,结构在无破损、轻微破损、中等破损、严重破损、危险状态下的刚度折减系数分别为0.95、0.57、0.33、0.21、0.16。     

型钢-UHTCC组合节点静载受力性能试验研究

开展了型钢-超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)组合节点静载性能试验研究,同时与型钢-普通混凝土组合节点进行比较,主要分析荷载-梁挠度关系、裂缝开展情况、节点破坏形态以及水泥基材料和内部钢材的变形协调关系。研究结果表明:UHTCC在组合节点中能够发挥良好的裂缝控制能力并使裂缝无害化分散;非节点区梁和节点区板的起裂荷载分别提高到型钢-普通混凝土组合节点的1.36和3.58倍;型钢-UHTCC组合节点承载力和变形能力分别高于相同形式型钢-普通混凝土组合节点的10%和49%;在加载过程中UHTCC与内部钢材变形协调,表明两者之间具有较好的黏结性能,能够协同受力。     

锦屏一级水电站地下厂房下游拱腰喷层裂缝成因分析

雅砻江锦屏一级水电站地下厂房的监测结果显示,下游拱腰处混凝土喷层开始出现鼓出开裂现象,随后裂缝持续扩展,喷层大量剥落;同时,下游拱腰处围岩位移和锚杆应力也显著增加.经过详细的现场地质调查,并结合厂房的受力情况进行数值计算,分析厂房下游拱腰处围岩变形破坏及混凝土喷层开裂剥落的原因.研究结果表明:高地应力和偏压作用在下游拱腰部位形成高强度的应力集中是导致该部位混凝土喷层开裂剥落的主要原因,主变室的开挖和围岩中第四组结构面的普遍发育加剧混凝土喷层的开裂和剥落.