钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型及其徐变性能分析

为研究混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件长期受力性能的影响,考虑构件截面内力重分布,建立了钢管混凝土轴心受压构件截面应力和应变以徐变系数为参数的随混凝土龄期变化关系的理论模型,结合已有试验数据和国内外常用12种混凝土徐变预测模型对该模型进行验证,并找到了适用于钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型--Huo模型;在此基础上,计算并分析了钢管混凝土轴心受压构件混凝土龄期为10000 d的截面应力和应变;通过对混凝土强度等级、环境年平均相对湿度、初始加载龄期、含钢率、构件长度、截面应力水平等因素的不同取值,分析了各因素对钢管混凝土轴心受压构件徐变性能的影响程度及规律。结果表明:当钢管混凝土轴心受压构件的轴力不大于其极限承载力的60%时,随着加载龄期的增长,钢管截面应力逐渐增大,最大变化量达61.4%,而混凝土截面应力逐渐减小,最大变化量达26.2%;加载初期构件应变增长迅速,1000 d以后应变增长速度减慢,构件最终应变是初始应变的1.61倍;在轴压比相同的条件下,钢管混凝土轴心受压构件的徐变应变终值随着混凝土强度等级的提高而逐渐增大,随着含钢率的增大显著减小,随着初始加载龄期、环境年平均相对湿度、构件长度的增大而逐渐减小,轴压比不大于0.6时,其徐变应变终值随轴压比增长。研究成果可为钢管混凝土轴心受压构件在正常使用阶段徐变计算以及徐变变形控制提供依据。     

基于广义Kelvin链钢管混凝土徐变研究

混凝土徐变是混凝土材料本身固有的一个时变特性,是结构响应中一个重要组成部分,其计算方法通常是建立在单轴试验和理论基础上。为探讨钢管混凝土徐变特性,该文采用自制的压力自平衡混凝土徐变试验装置对混凝土圆柱和圆钢管混凝土柱进行了徐变试验,结果表明:钢管混凝土柱徐变变形要比普通混凝土柱的徐变变形小,在该文试验中两者相差接近50%,这可能是密闭钢管内核心混凝土无法与外界发生水分交换而不发生干燥收缩和干燥徐变以及钢管围压所致。根据粘弹性理论,引入多参数Kelvin链粘弹性元件模型,建立了求解单轴应力状态下混凝土徐变的Volterra型积分方程,模型参数近似表示为连续粘滞谱。通过离散时间变量t和分步积分,进一步得到了单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型。依据徐变叠加原理,考虑Poisson效应,进一步将单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型拓展到三轴应力状态,用于钢管混凝土徐变分析。对有限元商用软件Ansys进行二次开发,将反映三轴应力状态下混凝土徐变性能的本构方程引入Ansys提供的用户子程序Usermat中,并采用Fortran语言编程,从而实现了钢管混凝土徐变长期性能的有限元分析计算。将有限元数值解与试验结果进行对比分析,发现该文提出的模型是科学的和有效的。该文提出的方法将为混凝土徐变计算提供了另一条有效途径。     

自密实轻骨料混凝土的收缩与徐变性能

通过试验研究了两种水胶比分别为0.33和0.29的自密实轻骨料混凝土(SCLC)的收缩和徐变性能,并与配合比相似的普通骨料自密实混凝土(SCC)及强度接近的普通混凝土(NC)进行了对比。收缩试验从入模后12小时开始,至6个月结束。徐变试验从3天龄期开始加载,分别在7、14、21和28天继续加载,而后保持荷载不变,加载应力水平分别为相应龄期抗压强度的40%,持续12个月。试验结果表明:SCLC前10天龄期有轻微膨胀现象,收缩变形始终小于SCC和NC,至6个月时三者有接近趋势;360天龄期SCLC徐变系数低于NC和SCC,而徐变度则高于NC,与SCC相当;随着抗压强度的提高,SCLC的徐变系数和徐变度均有减小趋势。     

高强钢管高强混凝土徐变特性试验研究

高强钢管高强混凝土的应用越来越广泛,但目前对于其徐变特性的试验研究较少。该文对15根不同含钢率的高强钢管高强混凝土轴压短柱进行了365 d的收缩和徐变测试,并将试验结果与常用的徐变预测模型MC90、ACI209和MC2010等进行了对比。试验结果表明:高强钢管高强混凝土的徐变系数远小于素混凝土,当加载365 d后,素混凝土的徐变系数是高强钢管高强混凝土的2倍以上;含钢率对钢管混凝土试件的徐变有一定影响,徐变系数随着含钢率的增大而减小。在对比的3种常用徐变预测模型中,MC2010模型的徐变预测结果与试验结果吻合最好,可推荐用于高强钢管高强混凝土的收缩和徐变效应计算。此外,还将高强钢管高强混凝土与普通钢管混凝土的徐变试验结果进行了对比,结果表明,钢管混凝土的徐变随着核心混凝抗压强度的增加而减小。研究成果可为高强钢管高强混凝土轴心受压构件在正常使用阶段的徐变预测及徐变变形控制提供依据。     

钢管混凝土缺陷对徐变性能的影响

为了研究钢管混凝土缺陷试件的徐变性能，进行了7组徐变试验研究，得到了钢管混凝土缺陷试件补强前后徐变度随持荷时间的变化曲线。研究结果表明:相较于无缺陷钢管混凝土，存在缺陷的钢管混凝土徐变度均有不同程度增大，其中，脱黏缺陷钢管混凝土试件的徐变度增量远大于空洞缺陷试件；脱黏缺陷削弱了钢管与混凝土之间的界面黏结，致使钢管与混凝土的应力重分布作用减弱，协同变形能力下降；空洞缺陷处混凝土由于发生应力集中而加剧了裂缝的产生和扩张，混凝土因此而发生错位滑移，增大了钢管混凝土的附加变形；注浆补强后，钢管混凝土的徐变变形减小，但相较于无缺陷钢管混凝土，缺陷补强钢管混凝土的徐变性能仍存在一定程度的折减。      

核心混凝土缺陷对钢管混凝土构件徐变影响规律及预测模型研究

为了合理地预测含有缺陷的钢管混凝土构件徐变变化规律,进行了四种缺陷工况下钢管混凝土徐变试验,分析了国内外不同徐变预测模型对钢管混凝土缺陷构件的适用性.研究结果表明:受压过程中,空洞缺陷周围混凝土微裂缝不断产生与扩张,造成混凝土错位滑移,增大了钢管混凝土的附加变形;脱粘缺陷阻碍了钢管与核心混凝土之间的应力重分布作用,削弱了钢管与混凝土的相互作用效果,增大了核心混凝土的徐变变形;无缺陷及空洞缺陷时,ACI209模型计算所得理论值与钢管混凝土徐变实测值最为接近;脱粘缺陷时,B3模型计算所得理论值与钢管混凝土徐变实测值最为接近;针对不同的缺陷类型,提出了修正模型,大大提高了钢管混凝土缺陷构件的徐变预测精度.     

钢管混凝土拱肋徐变研究

根据钢管混凝土拱桥的特点,从变形协调条件出发,通过引入混凝土换算弹性模量,推导了钢管混凝土拱肋应力重分布计算公式。根据相似比的原则制作了钢管混凝土拱桥节段模型,在正常使用极限状态下,将试验结果与基于现行规范的计算结果比较分析证明公式正确可行,同时得出由于徐变导致混凝土承担的荷载逐渐转移为钢管承受的量值,混凝土的应力最大变化量达到52.7%,而钢管应力变化达到27.3%。并对荷载水平、含钢率和矢跨比等参数对结构长期力学性能影响规律进行研究。接着跟踪了钢管混凝土拱肋在承载能力极限状态下的徐变发展规律。     

外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆柱轴压受力分析

提出了外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的新型复合加固方法。对9根复合加固钢筋混凝土圆短柱进行了轴心受压试验,根据试验中测得的钢管和钢筋应变结果,采用内力分解法分析了外套钢管、核心混凝土和钢筋的应力变化和三者之间的相互作用。分析结果表明:加载方式对外套钢管的横向变形影响较大,约束型加载方式外套钢管屈服时的横向应力大于钢管和核心混凝土共同承压加载方式;核心混凝土的抗压强度提高系数和不同材料承担轴力的比例与加载方式、外套钢管厚度、后浇自密实混凝土强度和界面处理方式有关。     

配筋混凝土粘弹性参数的徐变试验研究

为了便于分析配筋混凝土结构的粘弹性温度应力,本文将配筋混凝土看作为一种复合材料,通过试验来测定该材料的粘弹性参数。文中采用三分点加载的方式进行了配筋混凝土小梁的室内徐变试验,并对试验数据进行了回归分析。结果表明：1. 用配筋混凝土小梁的徐变试验来测定配筋混凝土材料的粘弹性参数是可行的;2. 荷载历史是徐变减小的重要原因,在计算温度应力时,徐变系数取值要考虑这一因素;3. 在本试验配筋条件下,配筋对徐变影响很小,配筋混凝土的徐变系数与素混凝土的徐变系数近乎相等。     

考虑温度变化的钢管混凝土徐变试验研究及预测模型

为了定量得出实际温度变化对钢管混凝土徐变的影响规律,考虑ACI209徐变模型的计算形式,基于龄期调整的有效模量法,并通过Arrhe-nius理论引入温度参数,推导得出了考虑温度变化的钢管混凝土热徐变计算公式.并在室内进行了20℃恒定温度、季节变温下的钢管混凝土徐变试验.试验结果得出,相对于20℃恒温条件下的徐变,温度从20℃升高到40℃时,徐变应变增长幅度达57.8％;温度从40℃升温到60℃时,徐变应变增幅达34.1％.变温对钢管混凝土影响较大,处于实际变温环境下的钢管混凝土结构进行徐变设计时,应考虑变温对钢管混凝土徐变的影响.通过试验数据和理论计算值对比得出,理论计算值与试验结果吻合较好,验证了考虑温度影响的徐变预测模型的准确性,可为受实际温度影响的钢管混凝土徐变设计提供参考.     

大芦线钢管自密实混凝土的配制与应用

针对大芦线jj公路桥大跨度钢管拱的特点,在自密实混凝土配制思路的基础上,通过水胶比调整、胶凝体系优化、外加剂改进、掺适量膨胀剂等几方面技术的相互结合,采用优选骨料,配制超长工作性、微膨胀、高早强的自密实混凝土。经检测,钢管自密实混凝土在6小时内保持有良好的工作性,7天强度在C50的80％以上,14天限制膨胀率为1．6×10-4,28天限制收缩率为2．0×10-4,具有微膨胀的性能,满足施工及设计要求,在大芦线桥梁工程中取得了较好的应用效果。     

Application of factorial models to predict the effect of anti-washout admixture, superplasticizer and cement on slump, flow time and washout resistance of underwater concrete

The anti-washout underwater concrete posses different properties from conventional underwater concrete. When an anti-washout admixture is mixed with concrete, the viscosity of the concrete is increased and its resistance to washout is enhanced. Superplasticizer ensures enough concrete fluidity to spread readily in place without vibration. A factorial design was carried out to mathematically model the influence of three key parameters on slump, flow time measured by Orimet and mass loss by washout of underwater concrete. The parameters considered in this investigation were the dosage of cement, the concentrations of anti-washout admixture and superplasticizer. All mixes were made with 0.43 water/cement ratio which correspond a typical underwater concrete. The proposed models are valid for concretes with cement dosage ranging between 420 kg/m³ to 520 kg/m³ and the concentrations of anti-washout admixture and superplasticizer varying between 0.02%–0.13% and 0.4%–1.8%, by mass of cement, respectively. Test results of the models indicated that the slump is highly affected, in order of importance, by dosage of cement and the dosage of superplasticizer, then by the concentration of anti-washout admixture. The mass loss by washout is influenced, in order of significance, by the concentration of anti-washout admixture, the dosage of cement, the concentration of superplasticizer and the interaction between the dosages of cement and anti-washout admixture. The flow time is affected, in order of importance, by the dosage of cement, the concentration of superplasticizer and the interaction between these parameters. This model can be used as a tool to facilitate the test protocol required to optimise the underwater concrete.     

A contribution to the mechanism of concrete creep

After a brief survey of the different theories on the creep of concrete, a new cause is suggested which does not explain the whole creep, but a part of it, and which is of a chemical nature. The solubility of the unhydrated cement which is always present in cement paste, increases with the applied stress. This means that the volume of hydrated cement is more important in concrete submitted to creep. Since the hydration of cement components develops a decrease in vllume (the volume of the hydration products is smaller than the sum of the volumes of the anhydrous components and water) an increase in compressive strain takes place in the same time as hydration under pressure. As the creep Poisson's ratio does not reach 0.5, there is decrease in the volume of concrete subjected to creep. Our experiments prove that during creep the volume of concrete always decreases. As hydration is irreversible, the deformation caused by it is irreversible too, which explains the irreversible part of creep. It is also shown that shrinkage of crept concrete is smaller than that of concrete which was never loaded. This shows that shrinkage under creep is smaller than shrinkage of free concrete.     

钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及截面变形能力设计方法研究

通过剪跨比为2.1的钢管约束高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验,研究其在压弯荷载作用下的破坏形态、机理及耗能能力。试验表明,通过在高强混凝土剪力墙约束边缘构件内设置钢管,可提高其延性。在试验研究基础上,对钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及变形能力进行分析。考虑内置钢管约束影响,建立钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力计算公式。根据截面平衡条件和变形条件,计算钢管约束高强混凝土剪力墙位移延性系数,得到钢管套箍率、轴压比及墙体高宽比与位移延性系数之间关系。研究表明,增加钢管套箍率及控制墙体轴压比,可以提高钢管约束高强混凝土剪力墙延性;提出满足不同变形能力要求,对应各种轴压比情况下,钢管约束高强混凝土剪力墙钢管套箍率建议设计值。     

复式空心钢管混凝土组合轴压弹性模量分析

将复式空心钢管混凝土柱分成混凝土、内钢管和外钢管三部分,作为拟平面轴对称问题进行分析。应用弹性力学中的势能驻值原理进行弹性理论分析,描述复式空心钢管混凝土柱在小变形下的弹性行为及套箍机理。导出了钢管混凝土柱在轴向压力作用下的套箍系数、组合轴压弹性模量的理论计算公式。分析结果表明:复式空心钢管混凝土的组合轴压弹性模量与钢管的泊松比、混凝土的泊松比有着必然的联系,同时钢管与混凝土之间的“套箍作用”对组合弹性模量也有一定的影响。组合轴压弹性模量随着含钢率的增大基本成线性增长,并得到了复式空心钢管混凝土柱在轴力作用下的应力分配比不是简单地按单轴弹性模量比分配的结论。     

CFRP约束钢管-活性粉末混凝土短柱轴压性能

为研究圆碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束钢管-活性粉末混凝土(RPC)短柱的轴压性能,以CFRP粘贴层数和钢管壁厚为参数进行了12根CFRP约束钢管-RPC短柱、4根钢管-RPC短柱及4根钢管短柱的轴压力学性能试验。通过荷载-位移曲线分析了CFRP层数和钢管壁厚对试件极限荷载和变形能力的影响,探讨了提高系数、CFRP应变效率和延性系数等相关性能指标,最后通过提高系数关联套箍率提出了CFRP约束钢管-RPC短柱承载力模型。结果表明:CFRP约束能有效地增强钢管-RPC短柱的承载能力和变形能力。与CFRP约束钢管-混凝土相比,CFRP约束钢管-RPC表现出CFRP应变效率的下降,并且其延性不如CFRP约束钢管-混凝土。在钢管-RPC承载力的基础上提出了实用的CFRP约束钢管-RPC短柱轴压承载力计算模型。      

A theory for the creep of steel fibre reinforced cement matrices under compression

The paper presents a theoretical model to predict the creep of cement matrices reinforced with randomly oriented discrete steel fibres. The theory considers the composite to be represented by an aligned steel fibre which is surrounded by a thick cylinder of the cement matrix. The fibre provides restraint to the flow component of creep of the matrix through the fibre-matrix interfacial bond strength. The delayed elastic strain component of creep is unaffected by the fibre. The fibre-matrix interfacial bond strength,, is shown to be primarily a function of the shrinkage of the cement matrix and the radial deformation caused by the sustained axial stress. In addition, the state of stress in the matrix at the interface is suggested to influence greatly the bond strength,. The validity of the theory is established by means of experimental data on concrete and mortar matrices reinforced with melt extract and hooked steel fibres, at sustained stress-strength ratios of 0.3 and 0.55. Finally an empirical expression is derived to determine the creep of steel fibre reinforced concrete, based on a knowledge of the creep in unreinforced matrices and fibre size and volume fraction.     

再生混凝土三轴受压力学性能试验研究

为了研究再生混凝土在三轴应力状态下的力学性能,以再生骨料取代率和围压值为变化参数,设计了36个圆柱体试件,采用位移控制的加载方式进行常规三轴试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取试件受力破坏全过程应力-应变曲线以及峰值应力、峰值应变等特征参数,分析了再生骨料取代率和围压值对再生混凝土三轴受压力学性能的影响,提出了侧向围压值与初始弹性模量、竖向峰值应力、峰值应变之间的关系公式。研究结果表明:取代率对三轴受力再生混凝土的峰值应力和峰值应变影响不大,与天然混凝土相比,其变化分别在5%和2%的范围内波动,而取代率对再生混凝土的初始弹性模量有较大的影响,与天然混凝土相比,三轴受力再生混凝土的弹性模量提高了20%左右;侧向围压值对三轴受力再生混凝土的各项性能指标影响显著,增大围压值能有效提高再生混凝土的弹性模量、承载能力和变形性能。研究结果为再生混凝土的进一步科学研究和推广应用提供参考。