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FRP筋增强海水海砂混凝土材料与构件耐久性能综述

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建筑科学与工程学报 2024年第2期41卷 17-30页

作者：张凯建王琳福州大学土木工程学院福建福州350108

将纤维增强复合材料(FRP)应用在海水海砂混凝土(SSC)中可避免氯离子引起的钢筋腐蚀,但FRP增强海水海砂混凝土(FRP-SSC)结构在恶劣环境中仍存在耐久性问题。依据现有文献研究成果,梳理了海洋环境下FRP筋、SSC以及FRP-SSC构件的耐久性。... 详细信息

将纤维增强复合材料(FRP)应用在海水海砂混凝土(SSC)中可避免氯离子引起的钢筋腐蚀,但FRP增强海水海砂混凝土(FRP-SSC)结构在恶劣环境中仍存在耐久性问题。依据现有文献研究成果,梳理了海洋环境下FRP筋、SSC以及FRP-SSC构件的耐久性。结果表明:在混凝土的碱性环境以及海水海砂中盐离子的共同作用下,FRP筋的力学性能退化程度与变异性提高,FRP筋与SSC的黏结强度降低;海水和海砂中盐离子的引入加快了水化反应,提高了SSC的密实度与耐久性,提高了SSC的耐久性;海洋环境作用导致FRP筋力学性能退化及FRP筋/钢-FRP复合筋(SFCB)与SSC的黏结强度降低,削弱了SSC构件承载力,改变了构件破坏模式,SSC构件承载力随再生粗骨料(RCA)取代率提高而降低;建议以FRP筋与SSC力学性能变异性量化和基于时变可靠度的构件设计方法作为今后进一步研究的方向。

关键词： FRP筋耐久性海水海砂混凝土破坏模式转变钢-FRP复合筋

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再生粗骨料混凝土应力-应变关系

工程力学 2024年第2期41卷 43-55页

作者：肖建庄唐宇翔张凯建杨海峰同济大学土木工程学院上海200092 广西大学土木建筑工程学院南宁530004 广西大学双碳科学与技术研究院南宁530004 福州大学土木工程学院福州350108

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展:采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面... 详细信息

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展:采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。

关键词：再生粗骨料混凝土应力-应变关系多工况受力随机性时变可靠度非线性分析

ECC外壳约束海水海砂再生骨料混凝土柱受压性能

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福州大学学报（自然科学版） 2023年第2期51卷 264-271页

作者：张青天张凯建福州大学土木工程学院福建福州350108

针对海水海砂再生骨料混凝土(SSRAC)在柱构件中的应用问题,本研究采用组合设计的方法,提出工程水泥基复合材料(ECC)外壳约束SSRAC柱的形式,对其施行轴心/偏心受压试验.结果显示,ECC外壳可对SSRAC形成良好的约束作用,构件破坏时表现为受... 详细信息

针对海水海砂再生骨料混凝土(SSRAC)在柱构件中的应用问题,本研究采用组合设计的方法,提出工程水泥基复合材料(ECC)外壳约束SSRAC柱的形式,对其施行轴心/偏心受压试验.结果显示,ECC外壳可对SSRAC形成良好的约束作用,构件破坏时表现为受压区及受拉区的裂缝宽度增大,材料未压溃.轴心受压时,ECC外壳约束SSRAC柱的峰值荷载相比整浇SSRAC试件提高15%,但其轴向刚度降低;偏心受压时,ECC外壳约束SSRAC柱的变形能力得到提高,在大偏心条件下,极限位移与峰值位移比值较SSRAC柱提高了111%.最后,考虑箍筋、ECC外壳约束提升作用及其与荷载偏心率的关系,分别提出在轴心/偏心受压作用下柱构件承载能力的计算公式.

关键词：海水海砂再生骨料混凝土工程水泥基复合材料组合柱受压性能

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高温后灌浆料静动态单轴受压力学性能

工程科学与技术 2022年第4期54卷 112-120页

作者：刘良林肖建庄李建新张凯建丁陶同济大学土木工程学院上海200092 井冈山大学建筑工程学院江西吉安343009

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分,其受力本构关系的建立,能为套筒灌浆连接火安全设计方法的形成提供技术支持。通过36个小棱柱体试件的单轴受压试验,先开展高温试验(最高温度≤600℃),冷却至室温后,再设置静、动态加载应变率,研究... 详细信息

灌浆料是套筒灌浆连接的关键组成部分,其受力本构关系的建立,能为套筒灌浆连接火安全设计方法的形成提供技术支持。通过36个小棱柱体试件的单轴受压试验,先开展高温试验(最高温度≤600℃),冷却至室温后,再设置静、动态加载应变率,研究高温后灌浆料的单轴受压力学性能。结果表明:采取105℃预烘干120 min,结合升温速率5℃/min的复合措施,抑制抗压强度为85.7 MPa灌浆料的爆裂;灌浆料试件的失效模式为竖向通缝式开裂,且随着应变率的增大,试件表面发生明显的剥落现象;动态加载应变率为0.067 s^(-1)下,高温后普遍高于静态下的试件峰值应力值,最高可达29.6%;动态加载应变率为0.001 s^(-1)下,高温后试件的弹性模量低于常温值,峰值应变高于常温值,其中,弹性模量下降幅度最大可达57.0%,峰值应变增大幅度最大可达13.2%;高温后灌浆料应力–应变归一化曲线包括上升、下降两部分,二者均呈现非线性发展特征;通过试验数据的拟合分析,建立高温后灌浆料单轴受压归一化静动态本构模型,并将其应用于高温后套筒灌浆连接高应力反复拉压的有限元模拟分析。模拟对象的荷载–位移曲线、峰值荷载等特征与实测结果吻合度较高,且率先实现模拟对象的套筒外钢筋断裂,得到400℃为高温作用后套筒灌浆连接失效模式转变的临界温度。

关键词：灌浆料高温作用单轴受压本构模型套筒灌浆连接有限元模拟

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剑麻纤维对再生骨料混凝土断裂性能的影响

建筑材料学报 2023年第6期26卷 587-595页

作者：肖建庄许金校罗素蓉张凯建张青天福州大学土木工程学院福建福州350116 同济大学土木工程学院上海200092

为改善再生骨料混凝土(RAC)的断裂性能,在RAC中掺入剑麻纤维,并基于三点弯曲梁试验,研究了再生粗骨料(RCA)和剑麻纤维对RAC断裂性能的影响.结果表明:与普通混凝土相比,100%RCA取代率且未掺剑麻纤维时,混凝土的起裂韧度、失稳韧度和断裂... 详细信息

为改善再生骨料混凝土(RAC)的断裂性能,在RAC中掺入剑麻纤维,并基于三点弯曲梁试验,研究了再生粗骨料(RCA)和剑麻纤维对RAC断裂性能的影响.结果表明:与普通混凝土相比,100%RCA取代率且未掺剑麻纤维时,混凝土的起裂韧度、失稳韧度和断裂能分别降低20.36%、17.36%和20.66%;当剑麻纤维长度为10 mm、体积分数为0.2%时,其对RAC的起裂韧度改善效果最佳,且较未掺剑麻纤维RAC的起裂韧度提高37.81%;就失稳韧度和断裂能而言,剑麻纤维的最佳体积分数为0.3%;剑麻纤维的掺入可有效提升RAC的断裂性能.

关键词：再生骨料混凝土剑麻纤维三点弯曲梁试验断裂韧度断裂能

剑麻纤维对再生骨料混凝土断裂性能的影响研究

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建筑材料学报 2023年

作者：肖建庄许金校罗素蓉张凯建张青天同济大学土木工程学院福州大学土木工程学院

为改善再生骨料混凝土的断裂性能，通过在混凝土中掺入剑麻纤维，研究了再生粗骨料、剑麻纤维对混凝土断裂性能的影响.试件尺寸为L×h×t=750mm×200mm×100mm，基于三点弯曲梁试验，完成了断裂性能试验与分析.结果表明：与普通混凝土... 详细信息

为改善再生骨料混凝土的断裂性能，通过在混凝土中掺入剑麻纤维，研究了再生粗骨料、剑麻纤维对混凝土断裂性能的影响.试件尺寸为L×h×t=750mm×200mm×100mm，基于三点弯曲梁试验，完成了断裂性能试验与分析.结果表明：与普通混凝土相比，100%再生粗骨料取代率且无纤维时，起裂韧度、失稳韧度、断裂能降低20.36%、17.36%、20.66%.当剑麻纤维长度为10mm时，体积掺量为0.2%时，对起裂韧度改善效果最佳，较无纤维再生骨料混凝土提高37.81%；但对失稳韧度、断裂能而言，剑麻纤维的最佳体积掺量为0.3%. 剑麻纤维的掺入有效提升了再生骨料混凝土断裂性能.

关键词：再生骨料混凝土剑麻纤维三点弯曲梁试验断裂韧度断裂能

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组合再生混凝土及其衍生结构的应用及展望

建筑科学与工程学报 2023年第1期40卷 1-13页

作者：肖建庄蓝启彬张青天张凯建罗素蓉福州大学土木工程学院福建福州350116 同济大学土木工程学院上海200092

为扩大再生混凝土的应用范围,充分发挥其经济与低碳效益,对组合再生混凝土及其衍生结构的应用进行了分析与梳理,总结了再生骨料和再生混凝土的特性,剖析了组合再生混凝土存在的问题并对未来研究进行了展望。结果表明:再生混凝土相比普... 详细信息

为扩大再生混凝土的应用范围,充分发挥其经济与低碳效益,对组合再生混凝土及其衍生结构的应用进行了分析与梳理,总结了再生骨料和再生混凝土的特性,剖析了组合再生混凝土存在的问题并对未来研究进行了展望。结果表明:再生混凝土相比普通混凝土存在着强度低、弹性模量小的特点,仅依靠再生混凝土往往较难满足结构各个部位的力学性能及功能需求;通过组合再生混凝土的形式将再生混凝土与其他混凝土在构件、结构上组合,或将再生骨料与其他骨料进行组合,将满足性能要求的混凝土放在特定部位上,既环保也能充分发挥各混凝土的优势;不同混凝土间的界面剪切强度对组合再生混凝土结构的性能有着重要影响,剪切强度受到界面粗糙度、黏结剂、混凝土强度等多种因素的影响,提高界面粗糙度可以有效提高组合再生混凝土及其衍生结构的整体性和安全性;组合再生混凝土与BIM、3D打印、装配式建筑和智能材料的结合,可在实现绿色建造的同时保证结构性能。

关键词：再生混凝土组合再生混凝土组合层次界面性能新型工艺

海水海砂再生混凝土单轴受压应力-应变全曲线

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同济大学学报（自然科学版） 2021年第12期49卷 1738-1745页

作者：张凯建肖建庄张青天同济大学土木工程学院上海200092 福州大学土木工程学院福建福州350116 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为探究海水海砂再生混凝土(SSRAC)力学性能,设计了不同配合比下海水海砂再生混凝土棱柱体试件,并进行了单轴受压应力‒应变全曲线测试。在试验加载应变率10^(-5)s^(-1)和10^(-2)s^(-1)下,得到了试件的破坏模式,分析了峰值应力、峰值应变... 详细信息

为探究海水海砂再生混凝土(SSRAC)力学性能,设计了不同配合比下海水海砂再生混凝土棱柱体试件,并进行了单轴受压应力‒应变全曲线测试。在试验加载应变率10^(-5)s^(-1)和10^(-2)s^(-1)下,得到了试件的破坏模式,分析了峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律以及应变率、再生粗骨料(RCA)取代率和贝壳含量对上述指标的影响规律,讨论了海水海砂再生混凝土的动态增长因子(DIF)。基于电子计算机断层扫描(CT)测试得到了海水海砂再生混凝土内部的孔隙分布,对应力‒应变曲线的特征指标变化趋势进行了解释。最后,在现有再生混凝土单轴受压本构模型的基础上,考虑特征指标的动态增长因子,通过修正下降段形状系数得到了预测应力‒应变全曲线。

关键词：再生混凝土(RAC) 海水海砂应变率孔隙率应力‒应变全曲线

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基于可靠度的再生混凝土梁最小配筋率研究

同济大学学报（自然科学版） 2016年第2期44卷 213-219页

作者：张凯建肖建庄丁陶胡博同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为考察再生混凝土强度变异性对再生混凝土梁最小配筋率的影响,以普通混凝土梁最小配筋率为参照,保持规范目标可靠指标不变,分析了再生混凝土梁受弯时的最小配筋率和受剪时的最小配箍率,并将结果与普通混凝土梁进行了对比.分析结果表明,... 详细信息

为考察再生混凝土强度变异性对再生混凝土梁最小配筋率的影响,以普通混凝土梁最小配筋率为参照,保持规范目标可靠指标不变,分析了再生混凝土梁受弯时的最小配筋率和受剪时的最小配箍率,并将结果与普通混凝土梁进行了对比.分析结果表明,再生混凝土梁受弯时,由于钢筋的存在,再生混凝土强度的变异性对其受弯承载力变异性的影响较小,再生混凝土梁的最小配筋率提高很小.对于再生混凝土梁受剪,当再生混凝土强度变异系数为0.2时,C30再生混凝土梁的最小配箍率为0.17%,相比较普通混凝土梁约增加32.0%.通过合理增加配筋可以保证再生混凝土梁的受弯、受剪可靠指标与普通混凝土梁一致.

关键词：再生混凝土梁强度变异性最小配筋率最小配箍率可靠指标