基于内聚力本构模型的UHPC湿接缝界面性能

针对大节段预制拼装超高性能混凝土(UHPC)梁湿接缝受力复杂、易开裂等问题,通过轴拉与弯拉试验,研究了不同接缝形式、不同浇筑方式下对UHPC湿接缝界面开裂荷载、峰值荷载、伸长量、接缝单元抗拉强度的影响规律。基于试验数值建立有限元模型,分析了不同湿接缝接触形式下荷载位移曲线和接缝处钢筋应变的拟合情况。湿润的接缝界面相较于干燥的接缝界面,轴拉和弯拉强度都提升了10%;对于配筋接缝界面,钢筋的约束作用及UHPC的收缩极大地削弱接缝界面的粘结性能;采用内聚力本构模型所得到的试验板荷载挠度曲线在弹性段与试验值更为接近,对于接缝处凿毛效果较差的试验板在采用内聚力加摩擦的界面接触形式可以较好地模拟出混凝土与钢筋的变形协调关系。     

掺轻质砂超高性能混凝土的轴拉力学性能

为研究轻质砂对不同试件尺寸下超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）拉伸应变强化性能的影响,采用轻质砂对原黄砂进行等体积替代,完成9组不同轻质砂体积率（0~35%）和不同试件厚度（30~100 mm）的单轴拉伸试验,并同步进行声发射实时探伤测试。结果表明:轻质砂体积率对UHPC弹性极限点对应应力和对应应变的影响较小,但轻质砂体积率由0增加到35%时,UHPC的极限抗拉强度和极限拉应变分别由10.6 MPa和2.35×10^-3提高到了19.4 MPa和4.3×10^-3;轻质砂体积率大于15%时,UHPC的应变强化程度得到显著提升,试件内部产生的损伤点数更多且分布更均匀,展现出良好的裂缝控制能力;在相同轻质砂体积率下,UHPC的应变强化程度随试件厚度的增加而降低,且试件内部的损伤点趋于集中,表现出明显的尺寸效应。     

混凝土材料早期性能监测方法比较研究(英文)

混凝土早期硬化阶段产生的不均匀收缩是导致混凝土结构后期裂缝的主要原因之一,因此,混凝土硬化养护期的收缩应变监测对改善养护过程,控制其结构内部应变分布,保证整个建筑物的质量及安全都是非常有益的.本文运用包括埋设型光栅布拉格光纤传感器,KM系列埋设型应变传感器,热电偶温度计等三种不同传感器交叉组合了三种不同的方法对混凝土试件硬化早期的水化温度、收缩应变进行了实时监测.结果表明三种不同方法都比较精确度监测到了混凝土硬化早期的温度和收缩应变.通过对三组监测结果的分析得出了三种监测方法的优缺点,本文的研究对于混凝土早期性能监测用传感器的选择有现实的指导意义.     

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

     

预制键槽UHPC-混凝土界面黏结性能研究

UHPC永久性模板与普通混凝土的界面黏结性能是两者协同作用的关键,研究不同键槽类型、混凝土强度和养护条件等因素对UHPC-混凝土界面黏结性能的影响。结果表明：键槽可以提高UHPC-NC界面黏结强度,其中B型键槽机械联锁作用贡献最大。劈裂拉伸试件界面中心轴线的应变大于两侧应变,界面裂缝从水平拉应变开始向压应变区域扩张。复合试件键槽的存在使得裂缝在混凝土内部由一端延伸至另一端,并非两端向内发展。随着后浇混凝土抗压强度的提高,界面劈裂抗拉强度增幅降低。蒸汽养护导致初始收缩变形较大,应力集中区域比标准养护试件更大。复合试件界面劈裂抗拉强度可以通过混凝土立方体抗压强度和拟合参数c计算得出。提出了最优永久性模板键槽参数和养护条件。     

早期养护时间对混凝土早期收缩的影响

目的研究早期养护时间对混凝土早期收缩的影响,并定量地阐明早期养护对减小收缩和抑制早期裂缝的重要性.方法以掺和不掺减水剂的4种混凝土为研究对象,采用自行设计的一套试验装置测量混凝土在不同早期养护时间下的早期收缩.结果不掺减水剂的混凝土,无论是始终敞开或全程密封养护,总的早期收缩变形都很小.而掺减水剂的混凝土,早期收缩显著增大,集中产生于初凝后的8h以内,且收缩率随水灰比减小急剧增大;在相同水灰比条件下,早期收缩随着早期养护时间的增加而显著减小,但在此之后养护对收缩的抑制作用逐渐减弱.结论对不掺减水剂混凝土,单从抑制收缩的角度来考虑,并不需要采取什么特别的早期养护措施.对掺减水剂混凝土,当不养护时,初凝后8 h内的收缩值远远超过混凝土开裂极限;而有效的早期养护能显著抑制这类混凝土早期收缩,因此,掺减水剂混凝土必须在初凝前开始及时养护,且确保初凝后持续8 h以上的养护时间.     

组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁温度效应

钢-混凝土组合梁桥由于钢和混凝土热工参数的显著差异,使得该类结构在西北高寒、大温差地区受梯度温度影响较突出.以甘肃省某高速公路上一座组合桥面板-波形腹板钢箱简支组合梁为背景,考虑组合桥面板有效刚度、子梁微段内力平衡、子梁间变形协调和腹板剪切变形效应,建立组合箱梁桥温度效应解析计算方法;通过精细有限元数值模拟验证了其可靠...     

养护条件对再生混凝土抗压与收缩性能的影响研究

为研究不同养护条件下全再生粗骨料再生混凝土的抗压性能和收缩性能,试验采用了薄膜覆盖养护、干湿循环养护和浸水养护3种养护条件,在这3种养护条件下进行了1、3、7、14、28、45、60、90和120d的再生混凝土抗压强度与收缩性能研究。结果表明:在3种不同的养护条件下,随着养护龄期的增长,再生混凝土的抗压强度和收缩应变不断增加。7 d时再生混凝土抗压强度在3种养护条件下区别不明显,14 d时薄膜覆盖养护和浸水养护与干湿循环养护的抗压强度相比分别降低了8.7%和14.2%;3种养护条件下再生混凝土90 d时的收缩应变均趋于稳定,120 d时薄膜覆盖养护较干湿循环养护的收缩应变增加了11.18%,浸水养护呈现湿胀现象。     

大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征计算

大型地下结构物的渗漏问题一直以来都较难解决,作为主要构件的混凝土底板其裂缝宽度和数量直接决定整个地下结构的渗漏严重程度,目前关于底板开裂后的裂缝分布特征研究还较少。作者以解析方法得出不断增大的温度及收缩效应下混凝土底板的裂缝出现位置、宽度及间距表达式,实现对裂缝分布特征的描述。假定滑脱钢筋表面受均匀摩擦力（为混凝土抗拉强度）,滑脱临界处混凝土为极限拉应变（约100×10^-6）的情况下,求解出钢筋拉力、滑脱长度、钢筋变形量等参数之间关系式。把滑脱钢筋作为边界条件,带入通解,计算第一条裂缝的宽度及新底板块体内位移和应力分布。在已发生裂缝位置和滑脱钢筋刚度恒定的情况下,从坐标原点和端部的块体向某裂缝处叠加计算,得出该处底板块体的新组合刚度和自由位移值,进而求解应力重分布后的裂缝宽度。持续增加温度与收缩应变,计算新裂缝出现后的底板块体组合刚度、最大拉应力值,存储已有裂缝位置和滑脱钢筋刚度,用于下步计算。循环计算过程,直至应变的上限值,得出整块底板的多条裂缝宽度和间距,建立大型混凝土底板温度与收缩裂缝分布特征的计算方法。最后以尺寸80 m×20 m×0.4 m的混凝土底板为例,持续施加0～350×10^-6的温度或收缩应变,实现裂缝5次出现时分布特征的计算。     

C75混凝土动态劈裂行为试验与数值模拟分析

为研究C75混凝土动态抗拉强度特性和应变率效应,采用大直径霍普金森压杆,对其开展动态劈裂试验,并对试样中应力平衡进行检验,同时,基于ANSYS/LS-DYNA软件数值模拟混凝土的动态劈裂破坏过程.采用MATLAB将劈裂强度公式中的圆盘内部应力等值线进行可视化,基于修正的Griffith准则对巴西圆盘中心起裂现象进行理论分析.结果表明:在10⁰~10¹/s应变率范围内,混凝土劈裂强度与应变率对数基本呈现线性增长关系;在较低弹速下试件表现为沿径向对称破裂,随着弹速的增加,试样两端出现明显的三角形破碎区域,且靠近入射端破碎较严重;二维受力状态下,巴西圆盘试样的最大与最小主应力之比(σ₁/σ₃)等值线近似呈封闭的菱形,其比值在圆盘的中心处达到最大值-3.0;考虑应变率效应的Cowper-Symonds黏塑性本构能够较好地表征C75混凝土的动力学行为,其模拟的试样破坏过程与采用高速摄影技术观测到的结果吻合度较高;C75混凝土的抗拉特性明显优于同样水灰比下的C35混凝土,但其应变率敏感性要比C30土工聚合物混凝土低.     

超高性能混凝土(UHPC)在桥面板体系中的应用2020年度研究进展

超高性能混凝土（UHPC）与正交异性钢桥面板的组合是近年来桥梁工程中新材料、新构造研究的典型范例。UHPC桥面板的刚度较大,可以有效减小桥面板中的局部变形,从而明显降低正交异性钢桥面板中的疲劳应力幅,改善其抗疲劳性能。从新构造、剪力连接件性能、组合桥面板基本力学性能、组合桥面板疲劳性能及UHPC材料与构件力学性能等几个方面对UHPC-正交异性钢桥面板组合体系的研究进展进行综述,其内容主要为2020年以来发表的工作,部分兼及更早的研究成果。     

大跨度钢箱梁斜拉桥钢–UHPC组合桥面加固效果评估

为评估钢-UHPC（超高性能混凝土,Ultra-High Performance Concrete）组合桥面对大跨度钢箱梁斜拉桥的加固效果,基于随机车流下应力监测数据,结合《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）对钢-UHPC组合桥面和ERE（冷拌环氧树脂,Epoxy bond chips layer+ Resin asphalt+ Epoxy bond chips layer）桥面的疲劳性能进行了对比评估。利用Miner线性累积损伤准则计算了两种桥面各疲劳易损细节的剩余疲劳寿命。建立有限元模型,对钢-UHPC组合桥面UHPC层的抗裂性能进行了验算;计算了两种桥面钢桥面板的最大挠度及沥青铺装层的最大拉应力。结果表明： ERE桥面面板-纵肋焊缝纵肋侧、横隔板弧形切口和纵肋对接焊缝处存在较大应力,剩余疲劳寿命分别为214、186、61年;ERE桥面纵肋对接焊缝处在桥梁设计基准期内有疲劳破坏的风险;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性板各疲劳易损细节最大应力幅值均降低到常幅疲劳极限以下,剩余疲劳寿命增长为无穷大;钢-UHPC组合桥面UHPC层的最大拉应力为4.68MPa,抗裂性能满足规范设计要求;经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性桥面刚度提升效果明显;加固后,钢桥面板挠度降幅为34%,最大挠度为0.69mm;沥青铺装层最大拉应力降幅为59%,最大拉应力为0.42MPa。经钢-UHPC组合桥面加固后,正交异性钢桥面板各疲劳易损细节疲劳性能满足规范设计要求,桥面铺装层的抗裂性能也有所改善。     

基于超短栓钉的钢-超薄UHPC组合桥面性能

为了满足对自重敏感的大跨桥梁钢桥面的翻修与加固需求,提出采用超短栓钉作为连接件的钢-超薄UHPC轻型组合桥面结构（简称“新超薄体系”）. 通过钢-超薄UHPC组合板负弯矩试验,研究关键设计参数对超薄UHPC层抗裂性能的影响. 试验结果表明：当UHPC最大裂缝宽度小于0.15 mm时,裂缝宽度的增长近似呈线性,在钢筋屈服以后,裂缝宽度迅速增大;配筋率和钢筋直径对名义开裂应力的影响较大. 基于试验结果,分析已有的裂缝宽度计算公式,确定钢-超薄UHPC组合板裂缝宽度的建议计算公式. 以某特大跨径悬索桥为工程背景,进行整体和局部有限元分析,论证了方案应用于实际工程的可行性. 计算结果表明：钢-超薄UHPC组合桥面的自重与常规60 mm厚的钢桥面铺装基本持平,主缆和吊索内力变化小于3.0%;钢桥面（OSD）各典型疲劳细节的应力幅值降低了10.1%~52.0%,且均小于200万次疲劳强度;UHPC层中最大拉应力为8.4 MPa,远小于试验得到的名义开裂应力.     

伸缩缝车辆冲击引起的钢箱梁桥振动特性

为了推测伸缩缝位置跳车引起的连续钢箱梁桥结构振动特性,实测了车辆按不同速度行驶通过桥梁时的结构振动响应,并用小波变换对振动信号进行了时频分析,根据时频信号分析车辆通过伸缩缝及桥跨结构时的结构振动特性.采用车桥耦合振动算法对伸缩缝跳车响应进行了数值模拟和对比分析.结果表明,车辆通过伸缩缝时引起的冲击加速度响应大于通过桥跨时的结构振动;行车速度对冲击振动响应的影响大于对桥跨结构振动响应的影响;冲击引起的振动具有距离衰减的特点;冲击引起较强的钢桥面板局部振动响应,用杆系结构计算模型不能反映车辆通过伸缩缝时的结构振动特性.     

GFRP-RPC组合双层交通梁桥的弹性性能试验研究与有限元分析

设计了一种面向双层交通的GFRP-RPC组合梁桥,该梁桥由GFRP材质的两榀桁架及带肋平板通过胶栓混合连接而成,通过浇筑自密实RPC混凝土形成组合梁桥整体。对组合梁桥缩尺模型（1:8）进行多工况的拟静力加载试验和有限元分析,并对其弹性工作性能进行研究。结果表明：浇筑RPC后,梁桥的刚度约提高2.6倍,表明此类GFRP、混凝土组合形式有利于结构合理受力,下部加载时,梁桥变形约增大10%,对结构较不利;弦杆受力符合平截面假定,组合结构受力合理;上、下弦杆分别为压弯、拉弯受力状态,上、下部加载时,下弦杆拉应力分别约为上弦杆的1.5倍和2.5倍,下弦杆为薄弱弦杆;斜腹杆受拉,直腹杆基本呈受压状态,上、下加载方式影响直腹杆的受力形式,下部承载设计时需考虑局部拉、压应力较大的情况;顶板侧面混凝土受压,底板侧面混凝土受拉,腹杆设置有利于板面混凝土均匀受力。     

斜拉桥正交异性钢桥面板疲劳试验研究

以板桁斜拉桥的Q500qE正交异性钢桥面板作为研究对象,采用足尺节段模型疲劳试验和数值模拟的方法,对具有宽U肋的正交异性钢桥面板关键细节的疲劳性能进行研究. 通过施加预应力的方法模拟桥面板的轴压力. 3个试验模型总计进行650万次变幅疲劳循环加载. 研究结果表明,嵌补段焊缝初始裂纹以宏观长裂纹的方式出现在腹板下缘,荷载幅越大,初始裂纹越长;宽U肋嵌补段腹板和底板的裂纹扩展可以分为4个阶段,各阶段间有明显的分界点;裂纹扩展速度与裂纹扩展长度正相关;轴压力增大了嵌补段裂纹扩展速度;对设置了焊接垫板的宽U肋嵌补段的焊缝余高进行铲除并磨平处理可以提高焊缝细节的疲劳强度. 推荐采用我国公路钢桥结构设计规范（JTG D64-2015）中110类细节疲劳强度设计宽U肋嵌补段对接接头焊缝.     

U形肋正交异性组合桥面板力学性能

为验证桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,提出新型U形肋正交异性组合桥面板系统,并区分其与常规桥面板的受力性能.设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板,1个正交异性钢桥面板,1个带U形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明:U形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,具有较强的抗疲劳性能;U形肋正交异性组合板在桥梁第二体系的承载能力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的1.37倍和0.93倍.     

In-situ monitoring the setting behavior of foamed concrete using ultrasonic pulse velocity method

The applicability of ultrasonic pulse velocity （UPV） method to in-situ monitor setting and hardening process of foamed concrete （FC） was systematically investigated. The UPVs of various FC pastes were automatically and continuously measured by a specially designed ultrasonic monitoring apparatus （UMA）. Ultrasonic tests were performed on FC mixtures with different density （300, 500, 800 and 1 000 kg/m3）, and different fly ash contents （0%, 20%, 40% and 60%）. The influence of curing temperatures （20, 40, 60 and 80~C） was also studied. The experimental results show that three characteristic stages can be clearly identified during the setting process of an arbitrary FC paste： dormant stage, acceleration stage, and deceleration stage. Wet density, fly ash content, and curing temperature have great impact on setting behavior. A stepwise increase of the wet density results in shorter dormant stage and larger final UPV. Hydration reaction rate is obviously promoted with an increase in curing temperature. However, the addition fly ash retards the microstn,lcture formation. To aid in comparing with the ultrasonic results, the consistence spread test and Vicat needle test （VNT） were also conducted. A correlation between ultrasonic and VNT results was also established to evaluate the initial and final setting time of the FC mixtures. Finally, certain ranges of UPV with reasonable widths were suggested for the initial and final setting time, respectively.     

超高性能混凝土预制节段梁剪切性能有限元分析

超高性能混凝土(UHPC)因具有高强度、高耐久性而被广泛地应用到桥梁工程中,在UHPC预制节段梁中,剪力键的剪切特性因缺少相应的规范而成为大家共同关注的问题。因此,通过有限元软件ABAQUS模拟了UHPC的直剪性能,主要研究参数包括剪切面面积、侧向应力以及接缝类型,分析比较了不同工况下构件的破坏模式以及荷载位移曲线,得出了各参数对UHPC构件之间性能的影响规律。分析表明:随着剪力键剪切面面积的增加,构件的抗剪承载力明显提升;在侧向应力较小时(不高于0.3fc),随着侧向应力的增加,构件的破坏荷载近似线性增加;胶接缝构件因具有良好的整体性能而使抗剪承载力比同条件下干接缝构件的抗剪承载力高16%。此外,日本JSCE规范计算值与数值模拟试验结果吻合良好,表明日本JSCE规范剪力键的设计公式可用于预测UHPC节段接缝抗剪承载能力。