轻骨料无腹筋混凝土梁剪切破坏及尺寸效应:细观模拟

轻骨料混凝土具有轻质、高强及保温隔热性能好等优点,被广泛应用于工程结构中。采用细观数值模拟方法,将普通及轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了无腹筋混凝土梁剪切破坏行为模拟的三维细观力学分析模型,研究了不同尺寸普通及轻骨料无腹筋混凝土悬臂梁在单调加载下的剪切破坏模式与失效机制,揭示了名义剪切强度的尺寸效应规律。此外,结合模拟结果对相关设计规范抗剪承载力计算公式的准确性和安全性进行了初步探讨。研究结果表明:区别于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁由于骨料强度较低而首先发生破坏;不同尺寸混凝土梁的剪切破坏模式基本一致,梁的名义剪切强度展现出明显的尺寸效应;相比于普通混凝土梁,轻骨料混凝土梁剪切破坏表现出具有更强的尺寸效应。     

基于粘结-滑移的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁裂缝宽度计算方法

将纤维增强筋(FRP筋)混凝土梁裂缝的开展过程视作FRP筋由两侧混凝土中拔出的过程,建立了基于粘结-滑移的FRP筋轻骨料混凝土梁裂缝宽度微分方程。根据规范给出的裂缝宽度限值,合理确定滑移量上限,提出并引入了适用于梁正常使用阶段的FRP筋钢纤维轻骨料混凝土“低滑移”阶段粘结-滑移本构模型。进而,在明确最大裂缝间距l_max、裂缝宽度放大系数h₂/h₁与裂缝截面纤维混凝土残余应力σ_fib等特征参数的基础上,利用迭代算法建立了FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度计算模型。基于正常使用阶段裂缝宽度实测数据对建议模型的适用性进行评估,结果表明:裂缝宽度限值0.5 mm内,建议模型能够准确预测FRP筋钢纤维轻骨料混凝土梁的最大裂缝宽度。     

受压区局部约束塑钢纤维轻骨料混凝土梁的抗弯性能

为提高塑钢纤维轻骨料混凝土梁的受弯性能,采用矩形箍约束局部受压区的方式,设计了六根受压区增强塑钢纤维轻骨料混凝土梁,分析了纵筋配筋率和混凝土强度对塑钢纤维轻骨料混凝土梁受弯力学性能的影响,并对其进行有限元分析.结果表明:采用箍筋约束受压区混凝土后,局部受压区极限压应变增大,试件的承载力和延性有显著提高;随着配筋率增加,试件的承载力有明显提高,且高配筋率梁的超筋破坏现象得到明显改善;随着约束区混凝土强度的增大,梁的承载力变大,而延性降低.有限元分析结果表明,在受压区局部配置箍筋约束后,受压区混凝土极限压应力变大,极大地改善了梁跨中受压区的应力集中现象,从而抑制了梁受压区边缘混凝土的压碎破坏,提高了梁的承载力和延性.     

高温后型钢再生混凝土梁受弯研究

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)梁高温之后受弯的力学性能,通过利用ABAQUS有限元分析软件建立了高温作用后型钢再生混凝土梁受弯的有限元模拟模型,对截面温度场及剩余承载力进行分析,并和现有的有关实验数据进行对比验证。分析了受火时温度、再生粗骨料取代率、混凝土强度、型钢屈服强度、截面含钢率对剩余承载力的影响。在模型正确的基础上进行了梁工作性能,破坏模态的机理分析。结果表明:型钢再生混凝土的取代率对型钢再生混凝土的承载力有部分影响,取代率的增加可以提升再生混凝土的承载力,构件的承载力主要跟受火温度有关,受火200℃的构件承载力减低了10%~15%,受火600℃的构件承载力降低了20%~25%。该文的研究结果对高温后型钢再生混凝土的工作机理有了更深的研究。根据取代率和受火温度可以判断型钢再生混凝土梁的极限承载力的变化情况。     

塑钢纤维轻骨料混凝土细观破坏过程的数值模拟

为从细观结构上研究塑钢纤维轻骨料混凝土的破坏机理,通过ANSYS有限元分析软件进行二次开发建立了塑钢纤维轻骨料混凝土模型,采用"生死单元"技术描述了各相材料的裂纹开展形态,模拟了塑钢纤维轻骨料混凝土抗压和劈裂抗拉试验。对轻骨料混凝土与塑钢纤维轻骨料混凝土的裂纹演变过程进行了比较,结果表明:在抗压试验中轻骨料混凝土裂纹最先出现在轻骨料中,随着荷载的增大,裂纹扩展到界面和砂浆中,并与相邻轻骨料的裂缝贯通;而对于塑钢纤维轻骨料混凝土,由于塑钢纤维的掺入,改变了轻骨料混凝土裂纹的扩展路径,提高了轻骨料混凝土的延展性,起到抑制裂纹扩展的作用。在劈裂抗拉试验中,对于塑钢纤维轻骨料混凝土,大部分塑钢纤维被拉断,只有一小部分被拔出。这与宏观试验结果基本一致。     

陶粒的开发现状及市场前景初探

陶粒是由陶粒粘土岩经加热膨胀制成的人工轻骨料,尽管成分、结构、产出特征等差异而存在差异,但常见的制作工艺主要有湿法生产和干法生产两类.根据陶粒的特性,人们制造了以其为原料的轻骨料混凝土空心砌块、梁、板等,其中轻骨料混凝土空心砌块己于本世纪初被列为科技部、财政部、国家税务发布的中国高新技术产品.受土地政策调控、节能减排的要求,人类急需开发陶粒混凝土空心砌块等新型节能建筑材料.     

型钢高强高性能混凝土梁抗弯性能试验研究

基于10榀型钢高强高性能混凝土简支梁的抗弯试验,观察了诸试件的破坏过程、裂缝开展模式及破坏形态,得到了型钢高强高性能混凝土梁的典型荷载-挠度曲线及混凝土、型钢沿截面高度的应变分布规律,分析了一般弯曲破坏和弯曲劈裂破坏模式下梁的破坏机理,揭示了影响梁抗弯性能的主要因素,探讨了混凝土强度等级、含钢率、翼缘宽度比(型钢翼缘宽度和梁截面宽度的比值)及剪切连接方式对梁抗弯性能的影响规律。研究将为型钢高强高性能混凝土梁相关计算理论的建立提供试验数据及理论依据。     

自密实钢纤维轻骨料混凝土的早期性能与损伤分析

在自密实轻骨料混凝土基础之上掺入钢纤维配制出自密实钢纤维轻骨料混凝土,分析了自密实钢纤维轻骨料混凝土的抗压强度、抗拉强度等主要力学性能以及收缩、抗碳化等耐久性能,并与普通骨料自密实混凝土进行对比分析。探讨了钢纤维对于改善自密实轻骨料混凝土损伤所起的作用及其机理。结果表明:掺入钢纤维后自密实轻骨料混凝土的抗压强度增大,劈拉强度明显提高,收缩及抗碳化能力也有明显改善。与普通骨料混凝土相比,自密实钢纤维轻骨料混凝土初始裂缝的产生与发展得到有效抑制。     

配角钢骨架型钢混凝土梁的纯扭性能及强度计算方法研究

为了研究配角钢骨架型钢混凝土梁的纯扭性能,设计了7个试件进行纯扭试验,考虑了型钢配钢形式、型钢保护层厚度和混凝土强度等级3个变化参数。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了试件受力全过程曲线、开裂扭矩和极限扭矩等重要数据,并分析各变化参数对型钢混凝土梁抗扭性能的影响。试验结果表明:配角钢骨架型钢混凝土纯扭梁破坏时型钢受拉屈服、棱角处混凝土被压碎,具有良好的抗扭性能,适当增加型钢体积配钢率和混凝土强度等级均能有效提高型钢混凝土梁的开裂扭矩和极限扭矩,增加型钢保护层厚度则恰好相反。在试验的基础上,该文提出了配角钢骨架型钢混凝土梁的纯扭强度计算公式,其计算结果与试验实测结果基本吻合。研究结果可供型钢混凝土组合结构的进一步科学研究和工程应用参考。     

预应力型钢超高强混凝土梁抗弯性能试验研究

预应力型钢超高强混凝土梁是融合了超高强混凝土材料、钢结构和预应力技术所形成的一种新型组合构件。为了研究预应力型钢超高强混凝土梁的抗弯性能,进行了14根预应力型钢超高强混凝土简支梁在竖向静力荷载作用下的受弯性能试验,分析了试件受力过程、破坏形态、裂缝开展与分布规律等相关试验数据。结果表明:超高强混凝土脆性破坏显著,导致预应力型钢超高强混凝土梁极限状态后承载力骤降,但内置型钢有效提高了试验梁极限状态后的持载能力;预应力型钢超高强混凝土梁以普通受拉纵筋屈服作为试验梁进入屈服阶段的标志,以受压区混凝土崩裂作为试验梁达到极限状态的标志;荷载达到0.9t up之前,试验梁跨中控制截面基本符合平截面假定。在不考虑型钢与混凝土粘结滑移的基础上,采用ANSYS有限元程序对预应力型钢超高强混凝土梁进行数值模拟计算,试验梁开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载的计算值与试验值吻合较好,验证了有限元模型的正确性。     

火灾下型钢混凝土梁力学性能的研究

采用纤维模型法和有限元软件ABAQUS计算了火灾下型钢混凝土梁的变形以及耐火极限,初步了解了型钢混凝土梁的高温力学性能。在此基础上,利用纤维模型法分析了截面尺寸、截面含钢率、受拉钢筋配筋率、型钢屈服强度、钢筋屈服强度、混凝土强度、截面高宽比和钢筋的混凝土保护层厚度等参数对火灾下构件承载力的影响规律,最后提出了型钢混凝土梁耐火极限的实用计算公式。     

型钢高强混凝土梁力学性能试验研究

基于19榀型钢高强混凝土简支梁的力学性能试验,观察了诸试件的裂缝开展模式及破坏形态,揭示了影响梁力学性能的主要因素,探讨了混凝土强度、含钢率、剪跨比、荷载类型、剪切连接方式及宽度比(型钢翼缘宽度与梁宽之比)对梁力学性能的影响规律,给出了不同连接方式下型钢与混凝土界面间的剪切计算方法。依据现有型钢混凝土梁承载能力计算方法,通过引入截面对称性影响系数以考虑型钢截面形式变化对构件承载力的影响,建立了中和轴通过型钢腹板时型钢高强混凝土梁正截面抗弯承载力的计算公式。建议公式计算值与试验实测值吻合较好,表明该文提出的计算公式具有较高的精度。研究将为型钢高强混凝土梁相关计算理论的建立提供理论依据。     

预制装配型钢混凝土梁受剪承载力试验与计算方法研究

为了深入研究预制装配型钢混凝土梁的受剪机理并提出可准确预测其受剪承载力的计算公式,该文完成了2个足尺预制装配型钢混凝土梁试件的静力剪切性能试验。通过分析试件的破坏过程、荷载-位移曲线和应变发展规律,对不同剪跨比下试件的破坏形态和承载能力进行了研究。基于变形协调桁架-拱模型和Nakamura模型建立了该种预制装配型钢混凝土梁及普通现浇型钢混凝土梁共同适用的受剪承载力计算模型。通过与75个发生剪切破坏的型钢混凝土梁试验结果对比可得:该文提出的计算方法可较好反映型钢混凝土梁的剪切破坏机理,试验值与计算值吻合良好;规范AISC 360-2010和JGJ 138-2016建议的受剪承载力计算公式较为保守。     

自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力力学性能

为探究自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力力学性能,应用液压伺服机和材料压-剪试验机,对自密实轻骨料混凝土进行单轴受压、单轴劈裂抗拉和压-剪复合受力试验研究,通过试验得到不同加载工况下自密实轻骨料混凝土破坏形态和力-变形曲线,引用文献对普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪复合受力研究数据,对比分析自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力性能。研究结果表明:自密实轻骨料混凝土压-剪复合受力破坏形态与普通混凝土和轻骨料混凝土相类似,随着轴压比的提高,剪切破坏断面摩擦痕迹逐步明显,混凝土碎渣也逐步提高,自密实轻骨料混凝土剪切破坏强度、残余荷载和剪切破坏位移也随之提高;剪切破坏强度提高幅度高于普通混凝土和轻骨料混凝土,残余荷载受轴压比影响提高幅度高于普通混凝土,但略低于轻骨料混凝土。基于主应力空间结合普通混凝土和轻骨料混凝土压-剪试验数据,提出混凝土压-剪复合受力统一破坏准则,同时基于八面体应力空间,提出自密实轻骨料混凝土破坏准则,所提出的破坏准则具有良好的适用性。      

自密实轻骨料混凝土的高温性能

为了保证自密实轻骨料混凝土(Self-compacting lightweight concrete,SCLC)在实际工程中的安全运用,本文分别对强度为C40和C50的自密实轻骨料混凝土试件进行了高温爆裂试验。通过测定混凝土试验前后的质量、超声波速、抗压强度和抗折强度,研究了自密实轻骨料混凝土的高温性能,并和同强度的普通混凝土、轻骨料混凝土和自密实混凝土的高温性能进行了对比。结果表明,自密实轻骨料混凝土比普通混凝土易爆裂,质量损失较大,但是高温后的超声波速和残余强度损失均小于普通混凝土。     

轻骨料喷射混凝土工作性能及早期强度试验研究

轻骨料喷射混凝土是用轻骨料代替普通混凝土中粗骨料或细骨料应用于隧道的喷射混凝土中。本文采用正交试验对喷射混凝土较为关注的工作性能和早期强度进行了测试,根据实验结果,将配合比进行优化,在贵州马尾坡隧道进行现场施工,并对现场施工效果进行了钻芯取样测试。现场测试效果良好,满足实际工程需要,验证了轻骨料喷射混凝土在隧道锚喷支护中应用的可行性,为轻骨料在喷射混凝土中的应用提供理论依据。     

探讨预应力型钢混凝土转换梁施工工艺

预应力型钢混凝土转换梁的施工建造过程涉及力学、材料学、结构设计及工程管理学等多门学科,是一项极其复杂的系统工程,其施工质量的好坏直接关系整个结构的安全性。本文针对预应力型钢混凝土转换梁的型钢梁施工、钢筋绑扎、模板安装、预应力施工、混凝土浇筑等进行了分析。     

型钢高强高性能混凝土梁抗剪承载力试验研究

基于10榀型钢高强高性能混凝土简支梁的抗剪试验,揭示了影响梁抗剪性能的主要因素,得出了剪跨比、混凝土强度、含钢率、配箍率、翼缘宽度比(型钢翼缘宽度和梁截面宽度的比值)和加载方式对梁抗剪承载力的影响规律.依据现有型钢混凝土梁抗剪承载力计算方法,采用梁构件桁架.拱模型,分析了型钢高强高性能混凝土梁的受剪机理,认为其斜截面抗...     

型钢再生混凝土柱保护层厚度力学分析

结合型钢再生混凝土受压柱的破坏特征以及再生混凝土的材料特性,根据板的弹塑性稳定理论,对型钢再生混凝土柱受压区再生混凝土保护层不发生失稳时的最小保护层厚度进行了理论推导;同时从再生混凝土保护层开裂的角度,依据力扩散原理和拉断破坏模型,分析了型钢再生混凝土临界开裂保护层厚度的计算方法。研究表明:型钢再生混凝土柱保护层厚度主要与再生混凝土强度等级、型钢再生混凝土柱高、型钢翼缘宽度、再生粗骨料取代率有关。     

基于修正拉-压杆模型的型钢混凝土深梁受剪承载力分析

在型钢混凝土深梁抗剪性能试验基础上,基于修正拉-压杆理论,考虑拉杆分力对受剪承载力的有利影响,采用型钢混凝土深梁的受压区高度作为上部节点高度,并对型钢翼缘和腹板进行合理简化,建立了型钢混凝土深梁的修正拉-压杆模型,推导了型钢混凝土深梁受剪承载力计算公式。将该文提出计算方法与ACI规范拉-压杆模型以及中国规范的计算方法进行比较可得:1）该文建立的修正拉-压杆模型,能较好反映型钢混凝土深梁的剪切传力机理和破坏模式,其受剪承载力计算值与试验结果吻合较好;2）采用JGJ 138-2001计算型钢混凝土深梁的受剪承载力偏低,离散性较大;按YB 9082-2006计算剪跨比大于2的构件受剪承载力偏于不安全。