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掺轻质砂超高性能混凝土的轴拉力学性能

哈尔滨工业大学学报 2024年第2期56卷 28-36页

作者：王俊颜喻星乔周田同济大学材料科学与工程学院上海201804 先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804

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... 详细信息

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。

关键词：轻质砂超高性能混凝土拉伸应变强化声发射尺寸效应

采用装配式栓钉的钢-UHPC组合板的抗弯性能

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哈尔滨工业大学学报 2024年第1期56卷 63-72页

作者：郭君渊王俊颜杲晓龙边晨先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804 河南工业大学土木建筑学院郑州450001 浙江数智交院科技股份有限公司杭州310030

为提高钢-UHPC组合结构的延性,本文提出一种采用装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板。设计并完成了不同抗剪连接程度的组合板的抗弯性能试验,分析了组合板试件破坏形态、极限承载力、刚度、裂缝发展规律和板端滑移,并与采用焊接栓钉的钢-UHP... 详细信息

为提高钢-UHPC组合结构的延性,本文提出一种采用装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板。设计并完成了不同抗剪连接程度的组合板的抗弯性能试验,分析了组合板试件破坏形态、极限承载力、刚度、裂缝发展规律和板端滑移,并与采用焊接栓钉的钢-UHPC组合板进行了对比分析,讨论了组合板试件的可拆卸性,最后对其极限抗弯承载力和抗弯刚度进行了理论分析并推导了计算公式。结果表明:装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板破坏模式为纵向水平剪切黏结破坏;降低栓钉间距能提高组合板的协同变形能力,从而提高组合板结构的极限承载力、弹塑性阶段的刚度和裂缝控制能力;与采用焊接栓钉连接的钢-UHPC组合板对比,其在发生较大变形的情况下钢板和UHPC板仍然可较容易地拆卸分离;推导了装配式栓钉连接的钢-UHPC组合板的极限承载力计算方法和抗弯刚度计算公式,提出了抗弯刚度计算时应对UHPC板高度进行折减,折减系数(βU)在正常使用阶段建议为0.85,理论计算结果与试验结果吻合良好。本文研究成果可为采用装配式栓钉的钢-UHPC组合板的设计和应用提供理论依据。

关键词：钢-UHPC组合结构超高性能混凝土装配式栓钉受弯性能受弯承载力抗弯刚度

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新型可拆卸式钢-UHPC组合板的抗弯性能

哈尔滨工业大学学报 2024年第1期56卷 84-92页

作者：古金本王俊颜陆伟先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804 同济大学土木工程学院上海200092 同济大学材料科学与工程学院上海201804

为探究钢-薄层超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合桥面体系在局部轮载下的抗弯性能,设计并开展了4块基于高强螺栓连接的可拆卸式钢-UHPC组合板的四点弯曲试验,研究了钢板类型、抗剪连接件间距对可拆卸式钢-U... 详细信息

为探究钢-薄层超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)轻型组合桥面体系在局部轮载下的抗弯性能,设计并开展了4块基于高强螺栓连接的可拆卸式钢-UHPC组合板的四点弯曲试验,研究了钢板类型、抗剪连接件间距对可拆卸式钢-UHPC组合板的破坏模式、荷载-挠度曲线、界面相对滑移、裂缝宽度、截面应变分布等影响规律,研究结果表明:在正弯矩荷载作用下,采用Q355钢板的组合板的破坏模式为高强螺栓被剪断,而采用负泊松比(negative Poisson’s ratio,NPR)钢板的组合板的破坏模式为部分高强螺栓被剪断、部分预埋带垫加长螺母被拔出、UHPC板由于失稳大面积压溃等;在相同的高强螺栓间距下,采用NPR钢板的组合板的板端相对滑移较小,说明NPR钢板有效延缓并限制了钢板与UHPC板的相对滑移,从而提升两者的协同变形能力,继而提高组合板的抗弯刚度及承载力等;由截面应变分析可知,由于NPR钢板的负泊松比效应、高刚度、高屈服强度,整个加载过程NPR钢板与底部UHPC层的拉应变保持着应变协调性,随着荷载的增大截面塑性中和轴的上移幅度可忽略不计。因此,在采用NPR钢板提升钢-UHPC组合板抗弯性能的前提下,应使UHPC厚度与NPR钢板的性能进行匹配,充分发挥两者的材料性能,避免失稳破坏先于UHPC材料强度破坏。

关键词：钢-UHPC组合板抗弯性能负泊松比钢板相对滑移协同效应

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负泊松比钢筋与UHPC的黏结性能

哈尔滨工业大学学报 2023年第9期55卷 135-142页

作者：王俊颜常思远先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804 同济大学材料科学与工程学院上海201804

为探究负泊松比钢筋(negative Poisson's patio rebar,NPR钢筋)与超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)的黏结性能,通过对27个拉拔试件进行中心拉拔试验,研究了UHPC种类、钢筋种类和外形、锚固长度以及保护层厚度等参... 详细信息

为探究负泊松比钢筋(negative Poisson's patio rebar,NPR钢筋)与超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)的黏结性能,通过对27个拉拔试件进行中心拉拔试验,研究了UHPC种类、钢筋种类和外形、锚固长度以及保护层厚度等参数对NPR钢筋与UHPC间黏结性能的影响规律,并使用声发射技术对NPR钢筋与高应变强化型UHPC间的黏结滑移破坏损伤行为及破坏模式进行分析。试验结果表明:高应变强化型UHPC与NPR钢筋的黏结性能优于低应变强化型及应变软化型UHPC;随着锚固长度的增加,拉拔试验的极限荷载逐渐增加,荷载-滑移曲线趋势并未发生明显改变;保护层厚度较小时,会导致试件破坏呈现一定的脆性。NPR钢筋与高应变强化型UHPC间的黏结滑移破坏可分为初始、破坏和残余三个阶段,声发射试验可以较好地表征拉拔试验过程中基体损伤的演化进程。

关键词：负泊松比钢筋超高性能混凝土黏结性能拉拔试验声发射

基于切口梁弯曲响应的UHPC受拉性能反演分析

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工程力学 2023年

作者：郭义庆王俊颜同济大学建筑工程系同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室

为了更加快速、准确地获取超高性能混凝土（UHPC）材料的拉伸性能，本文基于切口梁四点弯曲试验获得的荷载-切口张开位移（CMOD）响应，提出了一种UHPC拉伸性能简化反演分析方法。该方法采用了考虑裂纹局部化的非线性铰模型和可描述拉... 详细信息

为了更加快速、准确地获取超高性能混凝土（UHPC）材料的拉伸性能，本文基于切口梁四点弯曲试验获得的荷载-切口张开位移（CMOD）响应，提出了一种UHPC拉伸性能简化反演分析方法。该方法采用了考虑裂纹局部化的非线性铰模型和可描述拉伸应变硬化或应变软化特征的多折线UHPC受拉应力-应变关系。通过5种钢纤维掺量的UHPC切口梁弯曲试验和轴拉试验的验证以及模型参数分析表明：在切口梁弯曲响应的离散性较低时，提出的计算模型能够准确地预测应变硬化和应变软化UHPC的受拉初裂强度和极限强度；随弯曲响应的离散性增大，轴拉应力的预测值与实测值的偏差越大；特征长度及特征点数量对应变软化UHPC受拉应力-缝宽曲线预测结果的影响较小，但对于应变硬化UHPC，特征长度的增大和特征点的减少都会导致其极限强度预测值偏高。通过应用表明，采用基于荷载-CMOD响应的非线性铰模型预测UHPC的受拉性能具有较好的可行性。

关键词：超高性能混凝土拉伸性能切口梁四点弯非线性铰模型反演分析

钢-超薄UHPC组合构件新型界面连接的抗剪性能

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哈尔滨工业大学学报 2023年第9期55卷 92-100页

作者：古金本王俊颜严彪严鹏飞先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804 同济大学土木工程学院上海200092 同济大学材料科学与工程学院上海201804

为实现预制UHPC薄板与钢构件的装配式连接、后期可拆卸等目标,以及针对钢-超薄超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)组合桥面体系中UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件的问题,提出一种由预埋带垫加长套筒、高强螺栓... 详细信息

为实现预制UHPC薄板与钢构件的装配式连接、后期可拆卸等目标,以及针对钢-超薄超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)组合桥面体系中UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件的问题,提出一种由预埋带垫加长套筒、高强螺栓连接组成的新型抗剪连接方式。开展了6组新型螺栓连接件的推出试验,包括5组高强螺栓和1组负泊松比螺栓连接件,分析了新型连接件的破坏形态及荷载-滑移曲线特征,研究了螺栓直径、螺栓长径比、螺栓种类等参数对极限滑移、抗剪刚度等力学性能的影响,研究结果表明:新型螺栓连接件的破坏形态均为螺栓杆被剪断,预埋带垫加长套筒底部的UHPC无损坏压溃现象;新型高强螺栓连接件的抗剪承载力、界面相对滑移随高强螺栓的直径增大而增大;高强螺栓连接件的抗剪承载力约为螺栓抗拉强度的55.8%,故建议在钢-UHPC组合构件中采用较大直径的高强螺栓连接件,有效减少抗剪连接件的数量;而负泊松比螺栓的抗剪承载力和抗剪刚度明显较小,但极限滑移却明显增大,表现出良好的延性,建议将负泊松比螺栓应用于钢-UHPC组合构件的负弯矩区段,避免负弯矩区段出现开裂。

关键词：钢-超薄UHPC组合构件推出试验高强螺栓负泊松比螺栓装配式

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掺轻质砂超高性能混凝土的轴拉力学性能

哈尔滨工业大学学报 2023年

作者：王俊颜喻星乔周田同济大学材料科学与工程学院先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学)

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... 详细信息

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 350με提高到了19.4 MPa和4 300με；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。

关键词：轻质砂超高性能混凝土拉伸应变强化声发射尺寸效应

减缩剂和PVA纤维对超轻水泥复合材料收缩开裂行为的影响

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建筑材料学报 2022年第7期25卷 744-750页

作者：王俊颜庄云芳刘菲凡佘安明张敏红同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804 新加坡国立大学土木与环境工程系新加坡117576

研究了减缩剂和聚乙烯醇(PVA)纤维对超轻水泥复合材料(ULCC)收缩开裂行为的影响,测试了ULCC的基本力学性能、四点弯曲性能、自由收缩以及圆环约束条件下的开裂行为.结果表明:减缩剂可以明显降低ULCC的自由收缩,纤维对ULCC的自由收缩基... 详细信息

研究了减缩剂和聚乙烯醇(PVA)纤维对超轻水泥复合材料(ULCC)收缩开裂行为的影响,测试了ULCC的基本力学性能、四点弯曲性能、自由收缩以及圆环约束条件下的开裂行为.结果表明:减缩剂可以明显降低ULCC的自由收缩,纤维对ULCC的自由收缩基本没有影响;由于纤维对裂纹的抑制作用,掺入PVA纤维可以比减缩剂更有效地控制ULCC的裂缝宽度,推迟首次开裂时间,其中以掺入6%减缩剂和长度12 mm细PVA纤维的效果最佳;弯曲试验中小挠度下的残余弯曲强度与纤维增强ULCC的早期最大裂缝宽度之间存在相关性.

关键词：超轻水泥复合材料收缩开裂 PVA纤维减缩剂弯曲性能

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超轻质水泥基复合材料基本力学性能

哈尔滨工业大学学报 2018年第12期50卷 67-73页

作者：杲晓龙王俊颜先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,... 详细信息

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,表观密度介于1 250~1 550 kg/m3,轴心抗压强度介于47.9~70.0 MPa的4种不同密度等级的ULCC.对其分别进行单轴抗压和单轴抗拉试验,分别研究了ULCC的轴心抗压和轴心抗拉力学性能,测得了ULCC材料轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、泊松比及单轴抗压和单轴抗拉应力-应变曲线.结果表明:ULCC的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随密度的增加而增加; ULCC的轴心抗压强度和弹性模量与密度呈较强线性相关性.轴心抗拉试验结果表明ULCC抗拉应力-应变曲线关系呈现明显的峰后平台段,ULCC材料具有良好的拉伸变形能力.根据试验测得的ULCC单轴抗压和单轴抗拉应力-应变全曲线,建立了ULCC单轴抗压和单轴抗拉的分段式应力-应变本构方程.研究成果可为ULCC结构的设计和非线性有限元计算提供理论依据.

关键词：超轻质水泥基复合材料应力-应变曲线本构关系抗压强度抗拉强度