负弯矩作用下UHPC湿接缝桥面板裂后性能研究

针对预制拼装桥面板接缝处受力复杂、易开裂等问题,提出了一种新型超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete, UHPC）燕尾榫接缝.通过负弯矩作用下荷载模型试验,研究了不同接缝材料和预应力水平对UHPC湿接缝桥面板极限承载力、破坏形式及裂缝分布等的影响规律.基于试验验证的数值仿真模型,对比分析了不同接缝位置、接缝形式、纵筋率、材料强度及板件厚度等参数对湿接缝受弯性能的影响.研究结果表明：预应力由0 MPa提高到5 MPa,板件开裂应力和极限承载力分别提升40.0%和5.5%;燕尾榫接缝较直角榫接缝与平接缝的开裂应力分别提高7.5%和16.0%,承载力分别提高5.4%和16.0%.燕尾榫接缝整体性好,改变接缝位置对湿接缝受弯性能影响较小;板件开裂应力和极限承载力随材料强度增大而提高,材料强度超过120 MPa时增幅减小;UHPC接缝初裂刚度约为初始刚度的90%,剩余刚度约为初始刚度的25%;初裂后,结构刚度迅速下降,纵筋屈服后,结构刚度退化速度明显减缓,最终刚度保持在剩余刚度;提出了用极限荷载对应位移与开裂荷载对应位移之比为表达形式的UHPC湿接缝桥面板裂后延性系数,本文板件裂后延性系数为10.0~20.0,表明UHPC湿接缝桥面板具有较好的裂后变形能力.     

UHPC与普通混凝土界面黏结性能研究综述

对比分析了超高性能混凝土(UHPC)与普通混凝土(NC)黏结界面的力学性能和耐久性能,评述了UHPC-NC界面黏结影响因素、力学性能、耐久性能3方面的研究成果.对UHPC-NC界面力学性能产生影响的纤维增强机理、约束收缩机理及冻融损伤机理进行了研究,分类讨论了黏结面力学试验和耐久性试验方法及试验结果.阐述了UHPC-NC界面破坏模式和力学性能研究成果,并对UHPC加固性能劣化NC桥梁进行展望.结果表明:UHPC纤维和界面处理情况对界面黏结性能影响显著;UHPC-NC黏结界面的力学性能和耐久性能明显优于NC-NC界面,耐久性能表现最优越.     

新老桥间超高性能混凝土拼接接缝性能试验

依托上海市济阳路高架新老桥拼接项目进行了基于高应变强化超高性能混凝土(UHPC)材料的拼接缝试验.试验采用非对称加载,目的是模拟新老桥的不均匀沉降.试验结果表明,UHPC拼缝整个受力破坏的过程大致可以分为3个阶段:弹性阶段、裂缝发展阶段、持荷至破坏阶段.在UHPC板下缘首先出现裂缝,之后UHPC板侧面出现大量微小裂缝,裂缝均以微裂缝簇的方式呈现,裂缝宽度发展缓慢,且沿着板高向上发展.UHPC转角为1.2%时裂缝宽度仅为0.16 mm,具有出色的裂缝控制能力.最终,UHPC板底出现主裂缝,横向钢筋和门筋屈服,钢筋布置方式满足试件破坏形态要求,说明试件的配筋合理.结合有限元模型对试验进行模拟,吻合度较高.利用有限元进行参数分析,发现增加接缝自由长度和减小接缝厚度可以有效增强接缝弯曲性能.由于UHPC材料进行接缝施工具有方便、快捷、性能优越等优点,提出基于上下部构造不连接类型的接缝形式,并给出具体配筋方案.     

体外预应力UHPC节段梁抗弯性能试验研究

为研究体外预应力胶接缝UHPC节段梁的抗弯性能,完成了3根体外预应力UHPC梁的四点弯曲模型试验,包括一根整体梁和两根节段梁,获得了试件的破坏模式、荷载-挠度曲线和接缝张开情况等主要试验结果,胶接缝UHPC节段梁由环氧树脂胶层破坏导致接缝张开,与胶接缝NC节段梁由接缝附近NC破坏导致有所不同. 考虑截面预压应力和环氧树脂弯拉强度的作用,提出了胶接缝UHPC节段梁的接缝张开弯矩计算公式,计算结果与试验结果误差小于1%,吻合良好. 为准确计算体外预应力UHPC节段梁的抗弯承载能力,将UHPC节段梁的各节段简化为杆、接缝简化为弹簧铰,提出了杆-弹簧铰简化模型. 基于该模型,采用解析法推导了体外预应力筋的应力变化和二次效应的计算公式,预应力筋应力的理论值与试验值误差小于2.3%,吻合良好. 考虑到节段梁接缝张开的不确定性,提出了抗弯承载能力域的概念,即不同接缝张开情况下结构抗弯承载能力的包络范围,抗弯承载能力域的下限值与试验值误差小于6%,建议以下限值作为结构抗弯承载能力的参考值. 上述方法可丰富体外预应力胶接缝UHPC节段梁接缝张开弯矩和结构抗弯承载能力的计算理论.     

装配式钢筋混凝土管涵数值模拟分析

文章运用大型通用软件Ansys建立装配式钢筋混凝土管涵的三维实体接触模型，对该管涵的施工全过程进行数值模拟，并对施工全过程中管涵的变形和应力分布情况进行了详细的分析，为今后管涵的设计和施工提供参考。     

方钢管超高性能混凝土界面黏结滑移性能

：为研究方钢管超高性能混凝土（UHPC）的界面黏结滑移性能,以钢管宽厚比、高宽比和UHPC强度为主要参数,设计了18个方钢管UHPC试件并对其进行静力推出试验.通过试验分析了试件的破坏过程与形态、荷载-滑移曲线、黏结强度和钢管纵向应变分布,结果表明：推出后的试件整体较为完整,钢管无鼓曲现象,加载端边缘处混凝土有一定损伤;加载端与自由端的荷载-滑移曲线形状基本一致,且曲线分为有明显峰值点的弱化型和无明显峰值点的强化型两类;黏结强度随宽厚比和高宽比的增加而减小,当宽厚比较大时,增大UHPC强度可以明显提高黏结强度;加载端的钢管纵向应变小于自由端,应变沿高度方向大致呈指数分布.从黏结强度的组成出发,忽略化学胶着力影响,通过确定界面摩擦和机械咬合应力的表达式,建立了方钢管UHPC在两种养护条件下的黏结强度计算模型,理论计算与试验数据符合较好.     

预制节段拼装梁湿接缝应力测试分析

预制节段拼装梁的施工工艺特性决定了其在建造的过程中必然有体系转化的过程,因而梁体接缝在整个施工过程中的受力特性显得尤为重要,所以对梁体接缝的受力特性进行测试研究是十分必要的.以西宝客运专线常兴渭河特大桥为工程背景,对其接缝进行了整个施工过程的应力测试,总结了其受力规律,达到了预期的设计目的.     

UHPC连接的节点预制-构件预制装配式框架抗震性能试验研究

为研究节点预制、构件预制、构件后浇UHPC连接的装配式混凝土框架的抗震性能,进行了一榀缩尺比例为1∶2的两层两跨框架试件的拟静力试验。分析了试件的破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化和耗能能力。试验结果表明,试件破坏机制为混合破坏机制,节点核心区仅有少量细微裂缝,预制装配式框架实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标。试件具有较好的承载能力、位移变形能力和耗能能力,试件顶点正负向极限位移角分别为1/34和1/36,满足大震不倒的位移角限值要求,说明这种新型装配式框架具有可靠的抗震性能。     

先简支后连续混凝土梁负弯矩区UHPC“T形”湿接缝试验研究

为了提高普通混凝土连续梁负弯矩区湿接缝的抗裂性能,简化施工工艺,提出了混凝土梁桥负弯矩区UHPC新型湿接缝方案.以某跨径为30 m的普通混凝土连续梁桥为背景,根据法国UHPC结构设计规程和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)对该桥进行正常使用极限状态下的配筋设计,并参照配筋设计结果对UHPC新型湿接缝构造进行1∶2缩尺模型试验研究.试验结果表明:取消负弯矩区预应力束、取消焊接的负弯矩区UHPC新型湿接缝方案的抗裂性能和承载能力均满足工程要求,且试验值与数值模拟值拟合良好;UHPC的引入能有效限制普通混凝土的裂缝宽度,显著提高普通混凝土截面的刚度,改善混凝土连续梁跨中区的内力及竖向挠度的重分布现象.与不考虑负弯矩预应力束的传统湿接缝构造相比,UHPC新型接缝构造能降低混凝土连续梁内力及跨中竖向挠度的重分布系数至其30％～50％.参数分析表明:对于负弯矩区采用UHPC新型湿接缝构造的混凝土连续梁桥,UHPC沿纵桥向的长度宜取0.27倍计算跨径,负弯矩区纵向受拉主筋直径可统一为20 mm,UHPC层的厚度取60 mm即可.     

UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究

提出密配筋UHPC(超高性能混凝土)加固钢筋混凝土箱梁顶板方法,以消除混凝土箱梁顶板因开裂导致结构承载能力和耐久性普遍降低两类病害.为探究该加固方法在集中荷载下的箱梁顶板横向受弯性能,对3块足尺箱梁顶板局部模型进行试验研究.试验结果表明:负弯矩作用下,受拉的UHPC层显著提高了加固板的抗裂性能和刚度;加固试验板的开裂强度取决于UHPC的弹性抗拉性能;裂缝宽度为0.2mm时的持荷水平相对于未加固试验板提高了255.8%;当裂缝宽度小于0.27mm时,荷载与最大裂缝宽度关系近似线性.正弯矩作用下,UHPC层受压,加固试验板的开裂强度取决于封闭裂缝所用黏胶的抗拉强度;因为普通混凝土区域裂缝出现较早,正弯矩加固板在前期表现出略微偏大的挠度,但后期挠度和裂缝宽度的增长速度均明显小于未加固板,致密的UHPC层为箱梁顶板提供良好的防水性能,加固层对正弯矩试验板刚度的提高和裂缝发展的控制效果较为明显;破坏形态符合预期,破坏荷载与理论计算结果吻合良好.     

横向分段施工预应力箱梁的湿接缝受力性能研究

横向分段施工预应力箱梁受拉区的湿接缝混凝土易于开裂,然而对此类结构在实际的使用过程中观测表明,湿接缝混凝土在荷载作用下并未开裂。通过横向分段施工预应力箱梁两种类型的模型试验加载和对应的有限元分析比较,表明当外荷载作用时,横向分段施工预应力混凝土箱梁截面一定存在预应力的重分布作用,即作用在预制结构上的预应力对湿接缝处的混凝土拉应力有贡献,此处混凝土受力有异于普通钢筋混凝土结构,且现有的有限元通用程序尚无法计算此应力重分布值的大小。     

混凝土预制节段梁不同厚度胶接缝抗剪试验研究

预制节段梁在悬拼过程中会出现不等厚度的接缝胶,为了探究胶厚度对接缝抗剪刚度及抗剪承载力的影响特征,文章以胶接缝厚度(1、3、8 mm)和接缝类型(湿接缝和单键齿胶接缝)为试验参数,开展接缝抗剪性能的试验研究。结果表明：胶接缝厚度增加,接缝区域的抗剪强度未出现衰减行为,试件的抗剪承载力未出现随胶接厚度增加而减小的情况;数字图像相关(digital image correlation, DIC)变形测量结果表明,胶接缝的部位先产生变形,但是随着荷载增加,后期从单键齿混凝土根部先破坏产生裂缝,能量从混凝土根部裂缝处释放;相关计算公式不考虑环氧胶对试件抗剪强度的影响,对于试件的抗剪强度,预测1 mm胶接缝试件精度较高,但预测3 mm及以上试件时偏差稍大。     

湿喷混凝土力学性能及其应用研究

干喷混凝土在煤矿大断面巷道中存在强度低、匀质性差,施工过程回弹率低、粉尘浓度大等问题,而湿喷混凝土是解决此类问题的最有效途径之一。对比干、湿喷混凝土抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度,湿喷混凝土强度明显提高,提高比率依次为49.3%、47.1%和47.2%,并通过现场塌落度实验确定水:水泥:砂子:石子=0.45:1.0:2.0:1.8,减水剂掺量为水泥0.8%的最佳配合比。其次采用FLAC模拟软件建立湿喷混凝土支护数值计算模型,分析干喷混凝土支护、湿喷混凝土支护后力学响应和位移情况。研究表明:湿喷混凝土支护条件下高应力区减少,应力变化更趋于平稳,巷道围岩承载力增加,稳定性更强。相对于干喷混凝土支护巷道最大水平位移和最大竖向位移分别减少了3.73%、10.8%,湿喷混凝土可在一定程度上减少巷道变形。     

UHPC大键齿干接缝直剪性能及尺寸参数分析

预制拼装UHPC桥梁的拼接接缝是该类桥梁整体受力尤其是剪切受力的关键.为探究UHPC大键齿干接缝的直剪性能,基于ABAQUS塑性损伤模型建立了非线性有限元模型,并采用现有文献的UHPC键齿干接缝试验数据进行了模型校验.以校验的有限元模型为基础,研究了UHPC大键齿干接缝直剪性能及剪切破坏过程,揭示了其两种主要破坏模式,即滑移破坏和直剪破坏.同时,开展了UHPC干接缝的大键齿尺寸参数分析,考虑的参数主要包括:键齿深度、键齿倾角和侧向应力;根据计算分析结果,大键齿尺寸建议取深齿比0.15～0.25且键齿倾角小于37°较为合理.此外,基于摩尔应力圆理论和有限元计算结果,建立了UHPC大键齿干接缝直剪承载力计算公式,经试验数据验证具有良好的适用性.     

装配式辐射供冷顶板性能的数值模拟

为提高装配式辐射供冷顶板的性能,建立了一种采用空气层进行热量交换的装配式辐射供冷顶板的数学模型,应用CFD(computational fluid dynamics)技术,数值模拟了耦合冷冻水管辐射顶板空气层的流场和温度场,分析了不同空气层厚度和不同供水温度对辐射顶板热特性的影响.数值模拟结果表明:空气层内由于温度差引起自然对流,辐射板内通过辐射,对流和导热的传热方式,使辐射板表面温度分布更均匀.在保证辐射板表面最低温度高于室内露点温度的条件下,随着空气层厚度和供水温度的增加,辐射板的表面平均温度升高,供冷能力下降.空气层厚度和供水温度的增加或减小会降低辐射板表面温度分布的均匀性.     

土壤热湿迁移实验与数值模拟的研究

对蒸发状况下土壤中的热湿迁移进行了实验研究,同时也对相应条件作了数值模拟,所得结果能够相互验证．在此基础上阐述了土壤中热湿迁移的一般规律．     

拱坝接缝灌浆过程中缝面压力数值分析

为研究拱坝接缝灌浆过程中缝面压力分布的特征,根据建立的缝面非稳定灌浆浆液渗透模型,开发了相应的数值分析程序。通过算例进行数值分析,结果表明：初始灌浆阶段,缝面压力集中在浆液入渗点附近,随着灌浆的持续进行,压力逐渐向缝面内部扩展至出渗点,据此可判断接缝灌浆可以结束的时间。另外,该模型可以优化接缝灌浆系统的布置。     

自锻破片侵彻混凝土的数值模拟

为使串联战斗部中的聚能装药结构在短靶距内形成形状和侵彻能力较好的自锻破片(EFP),通过数值模拟的方法,研究了多级串联战斗部中自锻破片的形成及其对混凝土地下掩体的侵彻过程. 通过设计前级聚能装药结构,既保证了随进弹的装药量,又为随进弹的侵彻开辟了适当口径和深度的孔道. 总结了在计算过程中的几个关键步骤和处理方法;研究了药型罩的壁厚、锥角和聚能装药的起爆方式对EFP的影响. 研究结果表明:在二维轴对称的计算模型中,环形起爆方式有利于形成质量较好的EFP;聚能装药的壁厚越大,EFP的直径越大,侵彻深度越小;聚能装药的锥角越大,EFP的直径越大,速度越小.     

预制装配式结构GFRP灌浆套筒设计与数值分析

目前,装配式混凝土结构预制构件的连接主要采用钢筋灌浆套筒技术,由于钢套筒在耐腐蚀性和灌浆密实度检测等方面存在不足,从而限制了装配式混凝土结构的发展和应用。为解决此问题,文章采用玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforced polymer,GFRP)作为套筒材料,设计出一种GFRP全灌浆套筒,具有质量轻、强度高、耐腐蚀、对电磁波无屏蔽作用等优点;基于ABAQUS有限元软件,提出一种可用于模拟GFRP灌浆套筒单向拉伸的方法,并与已有GFRP灌浆套筒试验进行对比分析,验证该方法的可行性和准确性;利用该方法对8个不同参数的GFRP灌浆套筒进行数值模拟,分析其受力性能、失效特征及设计参数。结果表明,钢筋锚固长度不小于7.5倍连接钢筋直径、套筒直径40～50mm、套筒厚度不小于5mm时,GFRP灌浆套筒连接接头满足相关规范中Ⅰ级接头中单向拉伸强度要求,且具有理想的破坏形式。     

公路钢桁梁桥组合桥面预制板湿接缝收缩自应力计算分析

混凝土桥面板现浇湿接缝是预制装配式桥梁的常见连接方式和关键受力部位;而湿接缝与预制桥面板通常存在6个月的龄期差,湿接缝混凝土在收缩作用下容易发生开裂.为研究预制混凝土桥面板湿接缝收缩自应力特性,以某公路组合桥面简支钢桁梁桥为研究背景,利用大型有限元软件ABAQUS建立精细组合单元模型,对比研究在不同钢筋搭接形式、混凝土强度和养护条件下,湿接缝混凝土收缩自应力的变化规律.以60 d收缩应力为例,结果表明:现浇湿接缝最大收缩应力发生在预制混凝土板与湿接缝交界面处,纵向接缝的收缩应力比横向接缝大15.7％ ～25.5％;不同养护条件可显著影响收缩应力,养护条件为70％≤RH<99％时湿接缝收缩自应力比40％≤RH<70％时减少36.9％ ～46.1％;混凝土强度越高,湿接缝收缩应力越大,C45混凝土比C40混凝土的收缩应力增大2.5％ ～3.8％,C50混凝土比C40混凝土的收缩应力增大5.3％ ～16.5％;湿接缝不同钢筋搭接形式对收缩应力影响不大:U形钢筋连接湿接缝的收缩应力比直钢筋连接增大0～8.5％;在运营阶段车辆荷载局部作用下,纵向和横向湿接缝以及预制混凝土板最大主应力分别为7.8、6.1、6.7 MPa.