混杂PVA-ECC配合比优化设计及力学性能试验研究

为了降低工程用水泥基复合材料(ECC, Engineered Cementitious Composites)制造成本,使ECC能够在实际工程中大规模应用,将中国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC。基于ECC的材料设计理论,兼顾抗压强度和受拉能力,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC中的纤维体积含量进行了优化设计。通过四点弯曲试验和轴心抗压试验,研究了混杂PVA-ECC在不同龄期下的弯曲性能和抗压性能。试验结果表明,混杂PVA-ECC试件均表现出明显的应变硬化和多缝开裂的特征,此外,其抗压强度后期增长明显。基于UM法,提出一种改进的反分析方法,可利用四点弯曲试验结果推导ECC的极限拉伸应变,并与试验结果进行了比较,结果表明,通过建议的反分析方法得到的预测值与试验值吻合较好。     

外包配筋ECC组合柱抗震性能试验研究与有限元分析

工程用水泥基复合材料(ECC)是一种具有高延性、高韧性和多缝开裂特征的纤维增强水泥基复合材料,采用配筋ECC制作柱永久性模板,其内浇筑素混凝土形成组合柱。设计了4根外包配筋ECC组合柱和1根钢筋混凝土(RC)对比柱,开展拟静力试验,研究组合柱破坏形态和抗震性能。试验结果表明：ECC组合柱表现出明显的多缝开裂特征和更好的延性;随着剪跨比增加,柱端水平荷载-位移滞回曲线饱满,峰值荷载降低,但位移延性系数和能量耗散系数分别提高50%和185%;配箍率较高的构件,柱端水平荷载-位移滞回曲线较饱满,刚度退化较缓,变形能力较大。基于OpenSees平台,嵌入ECC材料本构模型,模拟了试验柱端水平荷载-位移曲线,并与试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。     

国产PVA纤维增强水泥基复合材料力学性能研究

工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)的高延性、高韧性和独特的多缝开裂特性,满足可持续发展社会对基础设施建设高安全性和高耐久性的要求。目前配置ECC的聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol,简称PVA)主要由日本可乐丽公司生产,成本较高,使ECC在实际工程中的大规模应用变得十分困难。为此,研究国产PVA-ECC的可行性及制备方法十分必要。首先基于微观力学模型,对采用国产PVA纤维配制ECC的可行性进行了探讨,并通过参数分析,确定了国产PVA-ECC配合比的优化方向。对设计的11组不同配合比的ECC试件进行单轴压缩试验和四点弯试验,研究水泥/粉煤灰比、水胶比、PVA纤维体积掺量对ECC抗拉强度、弯曲韧性和抗压强度的影响,据此提出了国产PVA-ECC的较优配合比。国产PVA-ECC的研发,降低ECC的成本,使得ECC大量应用于工程实践成为可能。     

预应力混凝土梁-型钢混凝土柱的新型框架结构设计与施工关键技术

根据工程实际,研究了预应力混凝土(PC)梁-型钢混凝土(SRC)柱框架结构设计方法,并用Pushover分析工具对设计出的框架进行了抗震性能分析。研究结果表明:预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架结构抗震性能良好,可以满足抗震设计要求。最后针对施工中的重点和难点,给出了施工建议。     

再生混凝土抗剪键接缝受剪性能及承载力计算

为研究再生混凝土抗剪键接缝的受剪性能,以抗剪键数量、再生粗骨料取代率和轴向应力为变化参数,设计了6个再生混凝土抗剪键接缝试件和2个无键直缝试件进行单调推剪试验,获取了试件的破坏形态、剪力-剪切位移曲线和抗剪承载力,分析了不同变化参数对再生混凝土抗剪键接缝承载力的影响规律,提出了再生混凝土抗剪键接缝的抗剪承载力计算公式。研究结果表明:再生混凝土无筋抗剪键接缝和直缝均沿水平结合面发生剪切破坏,键槽内灌浆料存在斜裂缝,抗剪键接缝的峰值剪切位移随轴向应力的增大而减小,再生粗骨料取代率对试件剪力-剪切位移曲线影响较小,再生混凝土抗剪键接缝的抗剪承载力明显大于无键直缝,抗剪键接缝的抗剪承载力随再生粗骨料取代率的增加而减小,随轴向应力的增加而增大,所提出的承载力计算公式可用于计算无筋再生混凝土抗剪键接缝的抗剪承载力,计算结果偏安全。     

核电厂房安全壳流固耦合动力响应分析

在地震荷载作用下,核电厂房安全壳水箱内水会发生晃动,这种流固耦合作用会影响到安全壳的动力响应。采用简化附加质量法和光滑粒子流体动力学(SPH)法,分别对应不考虑和考虑水体晃动的效应,选取常用自然波Northridge波和上海人工合成波作为地震动输入,获取了7个水位工况下包括基底剪力、位移和加速度的动力响应。通过对比两种方法的模拟结果,发现考虑水体流动的SPH法要比不考虑水体晃动的简化附加质量法的动力响应要小,水箱内水的晃动对结构整体的动力响应起到了减震的作用;并分析SPH法各水位工况下的动力响应,结果表明:水位高度4.0 m时,安全壳动力响应相对较小,是水箱较为合理的储水水位。     

型钢混凝土柱设计方法与施工工艺研究

为探索型钢混凝土柱的设计方法与施工工艺,分别对轴心受压、偏心受压的正截面承载力和斜截面承载力进行分析,给出了建议的承载力计算公式,并绘制了实用的简化型钢混凝土柱表供设计使用;对型钢混凝土柱的保护层厚度、最小配箍率、轴压比进行了研究,从构造要求上对型钢混凝土柱的抗震性能进行控制;同时,总结了型钢混凝土柱的关键施工工艺,并对施工中可能遇到的钢筋冲突问题给出了建议。     

基于不确定性分析的大跨径PC箱梁桥后期备用束设计

介绍了大跨径PC箱梁桥时变效应的不确定性分析方法,在数值模拟中采用了拉丁超立方抽样(LHS)方法,减少了抽样次数,对实桥的长期变形进行了预测,并给出了具有一定置信水平的长期变形区间。对体外备用束的布置方案进行了对比,并根据长期变形置信界限值与确定性计算值的差值确定后期备用束的数量。结果表明:布置体外顶板束和折线束对改善长期下挠病害比较有效。     

超长混凝土结构裂缝控制关键技术在工程中的应用研究

超长混凝土结构裂缝控制是一项系统工程,涉及材料、结构设计和施工控制三个层次。采用试验研究、现场实测和数值模拟相结合的方法,系统研究超长混凝土结构裂缝控制中的关键技术,并将研究成果应用到上海烟草集团浦东科技创新园建设项目中,取得了良好的裂缝控制效果,可为同类工程应用提供参考和依据。     

基于计算机视觉技术的裂缝特征参数提取方法研究与裂缝检测系统设计

目前国内外学者针对混凝土结构所提出的裂缝图像处理算法可移植性较差,还未有较为通用的算法。对目前常用的图像预处理算法及特征参数提取算法在混凝土裂缝图像识别方面的适用性进行了研究,从相机的拍摄和校正、图像预处理、裂缝特征参数提取等方面对比了不同的算法处理效果,并自主开发了一套混凝土裂缝检测系统。