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钢-UHPC组合板栓钉抗剪承载力、滑移与刚度计算

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工程力学 2023年第6期40卷 110-121页

作者：李聪陈宝春胡文旭苏家战广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 福州大学土木工程学院福建福州350108 桥梁技术创新与风险防治国家级国际联合研究中心福建福州350108

钢-Ultra-high performance concrete(UHPC)组合桥面板在大跨桥梁中具有较多应用,栓钉连接件对其组合作用的发挥起关键作用。为探究钢-UHPC组合板中栓钉抗剪性能,开展了6个栓钉抗剪推出试验,收集了6种抗剪承载力计算方法、5种抗剪滑移... 详细信息

钢-Ultra-high performance concrete(UHPC)组合桥面板在大跨桥梁中具有较多应用,栓钉连接件对其组合作用的发挥起关键作用。为探究钢-UHPC组合板中栓钉抗剪性能,开展了6个栓钉抗剪推出试验,收集了6种抗剪承载力计算方法、5种抗剪滑移预测模型和10种抗剪刚度计算方法,根据试验结果分别进行计算分析。试验结果表明:所有试件中的栓钉均表现为焊缝与根部交界处剪断,UHPC板除在栓钉根部位置出现局部破损外,基本保持完好;栓钉的抗剪滑移曲线经历弹性、弹塑性和下降3个阶段;所有试件最大滑移量均小于3.5 mm,可取0.1 mm作为弹性极限滑移量。计算结果表明:现有部分规范计算UHPC中栓钉抗剪承载力时不考虑焊缝影响,计算结果偏低,根据该文2组试验数据和收集29组有效数据,提出考虑焊缝影响的计算式,建议UHPC中栓钉焊缝贡献系数取1.1;不同抗剪滑移模型预测结果差异大,建议采用反比例函数形式的模型预测,较为精确;栓钉的抗剪刚度取值由于未考虑栓钉实际处于受力状态,计算结果差异大,建议取滑移量0.1 mm对应的刚度作为弹性抗剪刚度;建立了栓钉抗剪滑移模型与抗剪刚度的关系式,在缺少试验数据时可为近似计算提供参考。

关键词： Ultra-high performance concrete 栓钉抗剪承载力滑移模型抗剪刚度焊缝系数破坏模式

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钢纤维对超高性能混凝土弹性模量的影响

硅酸盐学报 2020年第5期48卷 652-658页

作者：杨简陈宝春苏家战桥梁技术创新与风险防治国家级国际联合研究中心福州大学土木工程学院福州350108

测试了掺有3种不同规格、4种不同掺量圆直形钢纤维的超高性能混凝土(UHPC)的弹性模量、立方体抗压强度和流动性能,分析了钢纤维几何参数和掺量对UHPC弹性模量的影响。结果表明:UHPC弹性模量、抗压强度随纤维掺量的增加而增大,随纤维的... 详细信息

测试了掺有3种不同规格、4种不同掺量圆直形钢纤维的超高性能混凝土(UHPC)的弹性模量、立方体抗压强度和流动性能,分析了钢纤维几何参数和掺量对UHPC弹性模量的影响。结果表明:UHPC弹性模量、抗压强度随纤维掺量的增加而增大,随纤维的长径比增大而增大;新拌UHPC的流动性能则相反。钢纤维的掺入,对UHPC弹性模量具有正、负双重效应。纤维本身较高的弹性模量,发挥着正效应;但纤维同时会降低UHPC的流动性能,增大孔隙率和内部缺陷,削弱基体弹性模量,发挥负效应;综合呈现正效应。基于试验结果,建立了考虑纤维掺量和几何参数的UHPC弹性模量的半经验预测公式。UHPC弹性模量与抗压强度具有明显的相关性,为此建立了二者关系的经验公式。最后,基于收集到的42篇文献中320个试验数据,对上述半经验和经验公式进行了验证与修正,以扩大其适用范围。

关键词：超高性能混凝土钢纤维弹性模量抗压强度估算公式

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钢-UHPC组合板群钉效应有限元分析

福州大学学报（自然科学版） 2022年第6期50卷 833-840页

作者：胡文旭陈宝春李聪苏家战黄文金福州大学土木工程学院福建福州350108 桥梁技术创新与风险防治国家级国际联合研究中心福建福州350108 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 福建农林大学交通与土木工程学院福建福州350108

建立考虑栓钉焊缝影响的钢-UHPC组合板推出试件的精细化有限元模型,在验证模型有效性和合理性的基础上,深入分析栓钉与UHPC相互作用机理与试件的受力全过程行为,探究栓钉间距对其抗剪性能的影响.有限元分析结果表明:与无焊缝模型相比,... 详细信息

建立考虑栓钉焊缝影响的钢-UHPC组合板推出试件的精细化有限元模型,在验证模型有效性和合理性的基础上,深入分析栓钉与UHPC相互作用机理与试件的受力全过程行为,探究栓钉间距对其抗剪性能的影响.有限元分析结果表明:与无焊缝模型相比,有焊缝模型中的栓钉抗剪承载力与试验值更接近,因此有限元模型中应考虑焊缝的影响;直径和间距对栓钉承载力同样影响显著,且随着栓钉直径增大和间距减小,UHPC板会出现开裂甚至可能破坏.以水平抗剪时栓钉先于UHPC破坏为原则,建议直径d为13 mm的栓钉,其间距不宜小于2.5 d;直径d为16和19 mm的栓钉,其间距不宜小于3.5 d.对于栓钉承载力考虑群钉效应的折减系数η_(G),建议当间距不小于8.0 d时,可取为1.0(不考虑群钉效应);当间距大于建议的最小值且小于8.0 d时,取0.94.

关键词：超高性能混凝土栓钉有限元分析抗剪性能焊缝群钉效应

CFST-CSW构件扭转和拱空间受力性能研究

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CFST-CSW构件扭转和拱空间受力性能研究

作者：苏家战福州大学

学位级别：硕士

波形钢腹板钢管混凝土（CFST-CSW）是一种新型组合结构，它的主要受力构件为钢管混凝土，而钢管混凝土之间用波形钢板联接，具有钢管混凝土抗压强度高及波形钢板抗剪承载力高的优点。作为一种新型组合结构，目前只对波形钢腹板钢管混凝... 详细信息

波形钢腹板钢管混凝土（CFST-CSW）是一种新型组合结构，它的主要受力构件为钢管混凝土，而钢管混凝土之间用波形钢板联接，具有钢管混凝土抗压强度高及波形钢板抗剪承载力高的优点。作为一种新型组合结构，目前只对波形钢腹板钢管混凝土梁面内受弯、轴压与偏压柱和拱面内极限承载力等方面的研究。为了完善这种新型结构的理论基础研究，本文对波形钢腹板钢管混凝土结构的扭转性能和拱的面外承载力进行了较为系统的试验研究及有限元分析。本文具体工作包括以下几个方面：进行了波形钢腹板钢管混凝土构件的扭转试验研究，对试验结果进行了分析，并与钢管混凝土桁梁和波形钢腹板PC组合箱型扭转的受力性能进行比较。应用ANSYS程序建立试验构件的实体模型，对波形钢腹板厚度、弦管壁厚、管内混凝土强度等级、平联长度等影响构件抗扭极限承载力的因素进行了分析。研究结果表明，全部采用波形板联结的构件具有较强的抗扭承载力、抗变形能力和延性，构件中的扭矩主要由波形钢腹板承受。有限元分析中，增大波形钢腹板厚度和弦管壁厚对提高全部采用波形板联结的构件的抗扭承载力最为明显。在试验、有限元的基础上，提出了波形钢腹板钢管混凝土构件抗扭极限承载力的简化计算方法，供理论研究和工程设计时参考。开展了波形钢腹板钢管混凝土模型拱的空间受力全过程试验研究，并应用ANSYS程序建立了实体有限元模型，对模型拱的受力性能进行了模拟与分析。结果表明，模型拱的破坏形态是以面外变形来控制的。在拱的全过程与极限承载力的分析中，应考虑双重非线性的影响。模型拱在面内外荷载共同作用下，截面产生的扭矩远小于面外弯矩，可以忽略扭矩对截面受力的影响。

关键词：钢管混凝土波形钢板扭转拱空间极限承载力试验有限元

新拌超高性能纤维增强混凝土流动性能对其抗压强度的影响

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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复合材料学报 2021年第11期38卷 3827-3837页

作者：杨简陈宝春吴香国苏家战黄卿维三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室宜昌443002 福州大学土木工程学院福州350108 桥梁技术创新与风险防治国际联合研究中心福州350108 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

钢纤维掺入能提高超高性能纤维增强混凝土(Ultra-high performance fiber reinforced concrete,UHPFRC)的抗压强度,但削弱新拌浆体的流动性能,降低了对抗压强度的增强效果,且影响UHPFRC的工作性能。为研究这种不利影响,以钢纤维体积分... 详细信息

钢纤维掺入能提高超高性能纤维增强混凝土(Ultra-high performance fiber reinforced concrete,UHPFRC)的抗压强度,但削弱新拌浆体的流动性能,降低了对抗压强度的增强效果,且影响UHPFRC的工作性能。为研究这种不利影响,以钢纤维体积分数和长径比为变量,进行了A、B两组试验。A组固定水胶比为0.18,不控制流动性能,主要研究钢纤维对流动性能和抗压强度的影响。试验结果表明,新拌UHPFRC流动性能随钢纤维的体积分数、长径比增加而下降;当钢纤维体积率超过一定值(2.00vol%)时,流动性能明显下降,抗压强度增强效果也相应下降。通过X-ray CT扫描发现钢纤维掺入减弱浆体的自密实能力,导致硬化后的基体内部孔隙尺寸增大和孔隙率增加,进而削弱抗压强度。综合考虑钢纤维掺入对抗压强度的正、负效应,提出了抗压强度的半经验预测公式。B组改变水胶比,控制扩展度为240 mm,对比A组研究流动性能控制后,钢纤维体积分数和长径比对抗压强度的影响规律。结果表明,钢纤维体积分数较大时,增大水胶比,保持一定流动性能,能有效提高纤维的增强效果;钢纤维体积分数较小时,在满足流动性能要求的前提下,减小水胶比,可以进一步提高抗压强度。在UHPFRC配合比设计时,应考虑钢纤维对流动性能的不利影响,以提高纤维的增强效应并保证其良好的工作性能。

关键词：超高性能纤维增强混凝土流动性能钢纤维 X-ray CT扫描抗压强度

钢筋超高性能混凝土梁受弯试验和有限元分析研究

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中外公路 2017年第6期37卷 99-105页

作者：苏家战傅元方黄卿维陈宝春韦建刚福州大学土木工程学院福建福州350116

该文以钢纤维体积掺量、配筋率为基本参数,进行了12根钢筋超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)试验梁和2根普通钢筋混凝土(RC)试验梁的受弯性能试验研究。试验结果表明:UHPC试验梁的开裂、屈服和破坏荷载以及结构刚... 详细信息

该文以钢纤维体积掺量、配筋率为基本参数,进行了12根钢筋超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)试验梁和2根普通钢筋混凝土(RC)试验梁的受弯性能试验研究。试验结果表明:UHPC试验梁的开裂、屈服和破坏荷载以及结构刚度均比RC试验梁大,UHPC试验梁的屈服和破坏荷载、延性和抗裂性均随着钢纤维掺量和配筋率的增加而提高。有限元模型参数分析结果表明:配筋率对UHPC试验梁屈服荷载与破坏荷载影响较大,而钢纤维掺量对开裂荷载影响较大;钢筋屈服强度可有效提高UHPC试验梁的延性;UHPC受拉强度的增加对开裂荷载的提高比屈服荷载和破坏荷载明显。最后,提出正截面抗弯开裂弯矩与极限承载力的计算公式,为UHPC桥梁设计规范的制定提供参考。

关键词：钢筋UHPC梁受弯性能模型试验有限元参数分析计算方法

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超高性能混凝土深梁受剪性能

交通运输工程学报 2020年第6期20卷 117-125页

作者：周家亮陈宝春马熙伦罗璐璐黄卿维苏家战福州大学土木工程学院福建福州350116 宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用,进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验,并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验;分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载;为探讨现有普通混凝... 详细信息

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用,进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验,并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验;分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载;为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁,应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明:混凝土强度越大,在相同荷载下深梁的刚度越大,在深梁开裂前的弹性阶段,UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大;与C40和C80混凝土深梁一样,UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝,当荷载分别为13%~22%和18%~34%极限荷载时,两类裂缝先后出现;UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存,加载前期梁受力机制起主导作用,后期则拱受力机制起主导作用;UHPC深梁裂缝多而密,发生剪压破坏,在支座上端反拱区不产生裂缝,而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏,且在支座上端反拱区产生裂缝;试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大,混凝土强度从C40增大到C80、C190时,其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%;采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89,均方差为0.15,在没有更精确的计算方法之前,该计算方法暂时可用。

关键词：桥梁工程超高性能混凝土深梁混凝土强度受剪承载力试验

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德国加特纳普拉兹超高性能混凝土人行桥

中外公路 2017年第2期37卷 77-81页

作者：马熙伦陈宝春黄卿维苏家战福州大学土木工程学院福建福州350108

德国加特纳普拉兹(Grtnerplatzbrücke)人行桥,是一座超高性能混凝土(UHPC)桥梁,位于卡塞尔市,跨越富尔达河。该桥桥长133.2 m,为6跨钢-UHPC组合结构,最大跨度为36m,是世界上首次采用环氧树脂黏结的UHPC组合结构的桥梁。该文通过现场... 详细信息

德国加特纳普拉兹(Grtnerplatzbrücke)人行桥,是一座超高性能混凝土(UHPC)桥梁,位于卡塞尔市,跨越富尔达河。该桥桥长133.2 m,为6跨钢-UHPC组合结构,最大跨度为36m,是世界上首次采用环氧树脂黏结的UHPC组合结构的桥梁。该文通过现场考察并综合相关文献,对加特纳普拉兹人行桥的结构设计、有限元计算、材性试验、施工要点等进行介绍。

关键词： UHPC 组合结构桥梁预制节段预应力环氧树脂胶

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R-UHPC梁的抗剪承载力计算方法

交通运输工程学报 2017年第5期17卷 16-26页

作者：马熙伦陈宝春杨艳黄卿维苏家战吴前文沈秀将福州大学土木工程学院福建福州350116 洛桑联邦理工学院建筑土木工程与环境系

收集了大量的配筋超高性能混凝土(R-UHPC)梁抗剪承载力的试验数据,分析了现有抗剪承载力计算方法,研究了R-UHPC梁的抗剪机理,考虑了UHPC的抗拉作用,提出了基于桁架-拱模型的R-UHPC梁抗剪承载力计算方法,并比较了计算结果与试验结果。比... 详细信息

收集了大量的配筋超高性能混凝土(R-UHPC)梁抗剪承载力的试验数据,分析了现有抗剪承载力计算方法,研究了R-UHPC梁的抗剪机理,考虑了UHPC的抗拉作用,提出了基于桁架-拱模型的R-UHPC梁抗剪承载力计算方法,并比较了计算结果与试验结果。比较结果表明:在现有的计算方法中,采用基于统计分析方法的承载力计算值与试验值的平均比值为0.92,比值的标准差为0.23,比值的相关性系数为0.78,比值的可靠性系数为0.877,该方法因回归数据有限,精度不高;对于基于一般桁架模型的梁抗剪承载力计算方法,法国UHPC指南AFGC抗剪承载力计算值与试验值的平均比值为0.90,比值的标准差为0.18,比值的相关性系数为0.80,比值的可靠性系数为0.891,计算精度较日本UHPC标准JSCE和瑞士标准SIA较高;在AFGC指南基础上,考虑了纵筋影响,抗剪承载力计算值与试验值平均比值为0.93,比值的标准差为0.23,比值的相关性系数为0.75,比值的可靠性系数为0.858,与AFGC计算结果相比离散性较大;采用基于桁架-拱模型的抗剪承载力计算方法的抗剪承载力计算值与试验值平均比值为0.76,比值的标准差为0.26,比值的相关性系数为0.62,比值的可靠性系数为0.768,因直接套用钢筋(普通)混凝土梁的抗剪承载力计算方法且不计UHPC的抗拉作用,计算结果过于保守,且可靠性最差;采用提出的抗剪承载力计算方法的计算值与试验值的平均比值为0.94,比值的标准差为0.21,比值的相关性系数为0.80,比值的可靠性系数为0.885,与现有计算方法相比,本文提出计算方法精度较高,离散性小。

关键词：桥梁工程超高性能混凝土梁抗剪机理抗剪承载力计算方法桁架-拱模型