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UHPC大键齿干接缝直剪性能及尺寸参数分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2021年第7期48卷 129-137页

作者：潘仁胜何伟伟程灵霄李传习桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙理工大学湖南长沙410004 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410004

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... 详细信息

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.

关键词：直剪性能 UHPC 大键齿干接缝非线性有限元分析参数分析剪切强度

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UHPC键齿胶接缝直剪性能试验研究

土木工程学报 2022年第11期55卷 38-49,117页

作者：潘仁胜程灵霄何伟伟李传习长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

针对目前UHPC键齿胶接缝抗剪性能试验研究仍较为匮乏的现状,文章开展17个UHPC单键齿及多键齿胶接缝试件的直剪试验,主要试验参数包括钢纤维掺量(1%~3%)、键齿深度(40~60mm)及侧向预应力(4~13MPa)等,并研究分析以上参数对UHPC键齿胶接缝... 详细信息

针对目前UHPC键齿胶接缝抗剪性能试验研究仍较为匮乏的现状,文章开展17个UHPC单键齿及多键齿胶接缝试件的直剪试验,主要试验参数包括钢纤维掺量(1%~3%)、键齿深度(40~60mm)及侧向预应力(4~13MPa)等,并研究分析以上参数对UHPC键齿胶接缝直剪性能的影响。直剪试验结果发现,UHPC单键齿胶接缝均表现为阳键齿根部剪断的剪切破坏且侧向压应力对剪切主裂缝角度存在一定影响,而多键齿胶接缝的剪切破坏则主要存在同步和分步剪切破坏两种模式;在侧向应力为4~10MPa时,UHPC单键齿胶接缝的抗剪强度为19.05~33.04MPa,而多键齿接缝的抗剪强度为17.14~22.42MPa;键齿胶接缝的抗剪强度均随UHPC钢纤维掺量的增加而增大,且钢纤维掺量从1%到2%时抗剪承载力提升效果更为明显。此外,基于试验数据提出UHPC多键齿胶接缝的抗剪折减系数及抗剪承载力计算公式;结果表明,UHPC多键齿胶接缝的抗剪折减系数试验平均值为0.85。

关键词：桥梁工程超高性能混凝土(UHPC) 直剪试验键齿胶接缝剪切强度抗剪折减系数

螺旋肋GFRP筋与UHPC黏结强度试验及计算方法

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中国公路学报 2023年第9期36卷 144-156页

作者：潘仁胜邹嘉瑶廖鹏李传习长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为研究螺旋肋GFRP筋与UHPC黏结强度,以钢纤维掺量、保护层厚度、锚固长度及GFRP筋直径为试验参数,对60个螺旋肋GFRP筋与UHPC试件展开拉拔试验,获得了各参数对GFRP筋与UHPC黏结强度的影响规律。结果表明:GFRP筋UHPC试件的拔出破坏主要呈... 详细信息

为研究螺旋肋GFRP筋与UHPC黏结强度,以钢纤维掺量、保护层厚度、锚固长度及GFRP筋直径为试验参数,对60个螺旋肋GFRP筋与UHPC试件展开拉拔试验,获得了各参数对GFRP筋与UHPC黏结强度的影响规律。结果表明:GFRP筋UHPC试件的拔出破坏主要呈现直接拔出和劈裂拔出2种模式,直接拔出破坏主要出现于钢纤维掺量≥2%且保护层厚度较大的试件中;在不同参数情况下,直径18 mm及22 mm GFRP筋与UHPC黏结强度为19.6~53.7 MPa,同时黏结强度整体上随钢纤维掺量及保护层厚度的增加而增大,随锚固长度的增加而减小;当UHPC钢纤维掺量从0%增加至2%时,GFRP筋与UHPC黏结强度提高幅度达71.4%~74.1%,但钢纤维掺量由2%增加至3%时,出现黏结强度增长减缓甚至不增长现象;保护层厚度对黏结强度的增强作用存在“上限效应”,即当其小于临界保护层厚度时,黏结强度随保护层厚度增加而增长,但当其大于该临界值,增强作用显著减弱;直径18 mm、锚固长度1倍直径的GFRP筋在UHPC中的临界保护层厚度约为3倍直径。基于弹塑性力学中的厚壁圆筒理论,建立了GFRP筋与UHPC黏结强度理论计算公式,并用试验结果验证了所提公式的适用性。

关键词：桥梁工程黏结强度拉拔试验螺旋肋GFRP筋超高性能混凝土(UHPC)

钢纤维形状与掺量对UHPC施工及力学特性的影响

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材料导报 2021年第4期35卷 4042-4052页

作者：聂洁李传习钱国平潘仁胜裴必达邓帅长沙理工大学桥梁与建筑绿色建造及维护湖南省重点实验室长沙410114 长沙理工大学交通运输工程学院长沙410114

选用四种平直及两种端钩钢纤维,研究钢纤维体积掺量、长径比、形状、同形及异形纤维混掺对超高性能混凝土(UHPC)施工及力学性能的影响。通过相关实验得到了UHPC扩展度、抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能及弯曲应力⁃挠度曲线;基于... 详细信息

选用四种平直及两种端钩钢纤维,研究钢纤维体积掺量、长径比、形状、同形及异形纤维混掺对超高性能混凝土(UHPC)施工及力学性能的影响。通过相关实验得到了UHPC扩展度、抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能及弯曲应力⁃挠度曲线;基于弯曲应力⁃挠度曲线及改进后的规范方法计算了UHPC的弯曲韧性指标;最后,开展了最佳纤维混掺比例的研究。结果表明:纤维掺量每增加0.5%,UHPC扩展度平均降幅为2.72%,抗压强度平均增幅为5.79%。抗折强度、弯曲韧性指数和能量吸收则先增后减(临界掺量为3.5%),断裂能呈上下波动(在3%时达最低值)。随着纤维长径比的增大,UHPC扩展度降低,抗压强度、抗折强度、弯曲韧性指数、能量吸收值和断裂能基本呈递增趋势。相同长径比时,端钩形纤维UHPC扩展度、弯曲韧性指数优于平直形纤维,抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能低于平直形纤维。同形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于对应的单掺纤维,弯曲韧性、能量吸收、断裂能总体上优于单掺试件;异形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于单掺试件,抗折强度与单掺试件各有所长,弯曲韧性、能量吸收及断裂能绝大多数优于单掺纤维。UHPC抗折强度变异性高于其抗压强度。单掺和混掺纤维时,UHPC试件的抗压强度、抗折强度综合最优分别为173.53 MPa、44.9 MPa和160.9 MPa、55.72 MPa;纤维混掺最佳组合为18 mm平直形、16 mm端钩形,且两者混掺比例为1∶1时,UHPC的综合力学性能较优。

关键词： UHPC 力学性能钢纤维掺量纤维长径比同形、异形纤维混掺弯曲韧性指数

密集横隔板UHPC箱梁锚固区局部承压性能研究

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工程力学 2020年第5期37卷 94-103,119页

作者：冯峥李传习潘仁胜刘科强聂洁长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410004 佛山市路桥建设有限公司广东佛山528303

为获得密集横隔板UHPC箱梁"隔板连通式齿块"的局部承压受力特征及承载能力,该文以某拟建UHPC箱梁桥为工程背景,通过大吨位张拉试验及非线性有限元模型对UHPC箱梁锚固区进行了受力分析,得到了以下结论:UHPC锚固区局压开裂为UHPC的拉应力... 详细信息

为获得密集横隔板UHPC箱梁"隔板连通式齿块"的局部承压受力特征及承载能力,该文以某拟建UHPC箱梁桥为工程背景,通过大吨位张拉试验及非线性有限元模型对UHPC箱梁锚固区进行了受力分析,得到了以下结论:UHPC锚固区局压开裂为UHPC的拉应力控制;"隔板连通式齿块"中"局部弯曲效应"和"径向力效应"均不显著,但"锚下劈裂效应"和"隔板弯曲效应"较为明显且为导致锚固区承载失效的重要因素;背景工程中尺寸小巧的"隔板连通式齿块"张拉到4700 kN时无开裂风险,采用25根钢绞线锚固同样能满足承载能力要求,可在实际工程中广泛采纳;UHPC锚固区的拉应变值即便进入到了拉伸应变硬化阶段锚固区仍能正常使用,为建造经济化在设计中可适当利用UHPC的拉伸应变硬化特征。此外,UHPC锚固区局压承载力基于不同承载力公式所得的计算结果差距较大(最大差值达到了40.9%),其中基于Kim公式、《活性粉末混凝土结构技术规程》以及《超高性能混凝土结构设计技术规程》(征求意见稿)中局压承载力计算公式所得结果与FEA结果较为接近。

关键词：桥梁工程 UHPC薄壁箱梁锚固区局部作用效应足尺试验局压承载能力

配筋UHPC矩形梁抗扭承载性能试验与计算方法

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中国公路学报 2021年第8期34卷 118-131页

作者：李传习周佳乐柯璐方昌乐施宇潘仁胜长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410114 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

针对配筋超高性能混凝土(UHPC)构件的抗扭性能研究严重不足的状况,进行10个不同配筋率UHPC矩形梁的纯扭试验。研究参数主要包括钢纤维掺量、纵筋配筋率和箍筋配筋率。观察或测试试件的扭转破坏过程及形态,获得裂缝开展及分布情况、失效... 详细信息

针对配筋超高性能混凝土(UHPC)构件的抗扭性能研究严重不足的状况,进行10个不同配筋率UHPC矩形梁的纯扭试验。研究参数主要包括钢纤维掺量、纵筋配筋率和箍筋配筋率。观察或测试试件的扭转破坏过程及形态,获得裂缝开展及分布情况、失效模式、扭矩-扭率曲线、扭矩-UHPC应变曲线、扭矩-钢筋应变曲线、开裂扭矩及极限扭矩等数据,分析不同参数对其扭转性能的影响规律及其主要机理。研究结果表明:扭矩不大于无筋UHPC试件极限扭矩时,配筋构件抗扭刚度小于无筋构件;配筋及无筋试件的纯扭破坏均表现为多条主裂缝贯通,且裂缝呈空间螺旋状分布;无配筋试件形成少量斜裂缝,极限扭率较小,破坏过程迅速;配筋试件形成细且密的斜裂缝、极限扭率较大、延性更好;根据实测的极限扭矩扭率增幅情况,以及纵、箍筋屈服情况,受扭的UHPC配筋试件可分为少筋Ⅰ类构件(含无筋构件)、少筋Ⅱ类构件、适筋构件、部分超筋构件、超筋构件;钢纤维改善了UHPC抗拉特征,使得主裂缝开裂角度(裂缝与试件轴线的夹角)增加;钢纤维掺量由2.5%增加到3.5%,试件开裂扭矩和极限扭矩分别提高了23.2%和20.9%。在试验的基础上,根据扭转试件即将开裂时实测的拉压应力状态以及二维应力状态下的强度准则,得到UHPC构件开裂扭矩系数值;最后,根据试验结果得到了UHPC极限扭矩计算公式的截面抗扭系数。

关键词：桥梁工程纯扭性能试验研究配筋超高性能混凝土矩形梁开裂扭矩极限扭矩

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超高性能混凝土湿接缝界面粘结性能

硅酸盐学报 2021年第11期49卷 2393-2404页

作者：冯峥李传习李海春周佳乐潘仁胜刘高成长沙理工大学桥梁与建筑绿色建造与维护湖南省重点实验室桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙410004

研究了超高性能混凝土(UHPC)湿接缝界面破坏特性、拉伸强度以及拉伸强度比(接缝试件界面拉伸强度相对于整体试件的比值)等。结果表明:所有UHPC湿接缝试件的破坏模式均为脆性破坏;相比于未掺纤维湿接缝试件(界面拉伸强度2.24 MPa),掺纤维... 详细信息

研究了超高性能混凝土(UHPC)湿接缝界面破坏特性、拉伸强度以及拉伸强度比(接缝试件界面拉伸强度相对于整体试件的比值)等。结果表明:所有UHPC湿接缝试件的破坏模式均为脆性破坏;相比于未掺纤维湿接缝试件(界面拉伸强度2.24 MPa),掺纤维UHPC湿接缝试件具有更好的界面粘结性能(界面拉伸强度可达6.64 MPa,拉伸强度比可达68.6%);当纤维体积掺量不大于2.5%时,湿接缝试件的界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性均随纤维体积掺量的增大而增大,最佳纤维体积掺量为2.5%;长纤维对UHPC湿接缝界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性的提升效果优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;配筋UHPC湿接缝试件延性特征显著优于未配筋试件,增加钢筋锚固长度、界面配筋率是提高UHPC湿接缝延性特征和界面拉伸强度的较有效方法;当钢筋锚固长度达到6倍钢筋直径时,湿接缝处界面拉伸强度大于整体浇筑UHPC拉伸强度。此外,构建了不同纤维参数下UHPC湿接缝界面拉伸应力-相对位移简化模型。

关键词：超高性能混凝土湿接缝界面粘结性能钢纤维钢筋锚固长度

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UHPC直剪性能试验与直剪承载力计算方法

中国公路学报 2021年第8期34卷 78-90页

作者：冯峥李传习潘仁胜周佳乐柯璐柯红军长沙理工大学桥梁与建筑绿色建造与维护湖南省重点实验室湖南长沙410004 长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410004 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

针对超高性能混凝土(UHPC)直剪性能研究较为缺乏的现状,开展24个“Z”形UHPC整体浇筑试件和24个“Z”形UHPC平接缝试件(用高压水凿毛先浇界面)的直剪试验,以得到钢纤维特性以及浇筑方式对UHPC(直剪)初裂强度、峰值强度、破坏模式以及直... 详细信息

针对超高性能混凝土(UHPC)直剪性能研究较为缺乏的现状,开展24个“Z”形UHPC整体浇筑试件和24个“Z”形UHPC平接缝试件(用高压水凿毛先浇界面)的直剪试验,以得到钢纤维特性以及浇筑方式对UHPC(直剪)初裂强度、峰值强度、破坏模式以及直剪承载力的影响;并基于试验结果及UHPC细观本构模型开展了UHPC直剪承载力的理论分析研究。结果表明:无纤维UHPC整体试件和钢纤维掺量未超过3.0%的平接缝试件直剪破坏模式均为脆性破坏,纤维掺量达到2.5%的整体试件具备剪切延性破坏的特征;纤维掺量达到2.5%的平接缝试件界面处新老UHPC结合紧密;整体界面和平接缝界面直剪的初裂强度与峰值强度均随纤维掺量增加而显著增加,且峰值强度随纤维掺量几乎呈线性变化;纤维形状与长径比对整体界面初裂强度和峰值强度的影响不大,对平接缝界面则长纤维优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;整体界面和平接缝界面直剪的峰裂比(峰值强度与初裂强度之比)为103.5%~166.7%,整体界面峰裂比均显著大于纤维掺量相同的平接缝界面,2种界面的峰裂比均随钢纤维掺量增加而增加。建立了平接缝界面与整体界面直剪峰值强度之比η(简称直剪强度比)与纤维特征参数λf之间的高精度拟合公式。此外,还分别提出了高精度的UHPC整体界面和平接缝界面的直剪承载力计算公式。

关键词：桥梁工程直接剪切性能试验研究湿接缝超高性能混凝土(UHPC) 钢纤维特性

水胶比对超高性能混凝土施工与力学性能的影响

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土木与环境工程学报（中英文） 2020年第4期42卷 164-174页

作者：李传习聂洁潘仁胜石家宽曾宇环贺君长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙410114

兼顾优异施工及力学性能超高性能混凝土(UHPC)研制的重点之一是确定合适的水胶比。为此,以150 MPa级UHPC的原材料和配合比均不变(除用水量外)为前提,研究水胶比(0.15~0.2)对UHPC施工与力学性能的影响规律。通过相关试验得到了UHPC不同... 详细信息

兼顾优异施工及力学性能超高性能混凝土(UHPC)研制的重点之一是确定合适的水胶比。为此,以150 MPa级UHPC的原材料和配合比均不变(除用水量外)为前提,研究水胶比(0.15~0.2)对UHPC施工与力学性能的影响规律。通过相关试验得到了UHPC不同湿拌时间的扩展度、充分湿拌时间、静停一段时间的扩展度、抗压、抗折强度、四点弯曲应力挠度曲线、四点弯曲出现可视裂纹时下缘等效拉应力;对抗压、抗折强度进行了变异性分析;利用应力挠度曲线,基于规范法得到了弯曲韧性指标,并提出了其改进方法。结果表明:UHPC达最佳扩展度所需湿拌时间(充分湿拌时间)为6 min;水胶比由0.16增至0.19时UHPC扩展度基本呈线性增长,水胶比每增加0.01,UHPC扩展度平均增幅为109 mm;当水胶比、静停时间分别为0.19、4 h时,扩展度损失40 mm,损失率仅5.9%;UHPC抗压强度、抗折强度及弯曲韧性指标随水胶比的增大皆呈先增后减趋势,当水胶比分别为0.18、0.16和0.16时达到最优;应力峰值前的应力挠度曲线并不是典型全凸形曲线;可视初裂抗折强度约为抗折强度的0.85倍;UHPC试件的弯曲韧性较好,宜采用可视初裂挠度作为初始变形参考进行韧性指标计算;为保证UHPC兼顾良好施工与力学性能,建议湿拌时间、水胶比分别为6 min、0.18或0.185。

关键词：超高性能混凝土施工性能力学性能水胶比初裂挠度弯曲韧性