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UHPC局压性能试验研究与承载力计算公式

土木工程学报 2022年第3期55卷 36-46,93页

作者：李传习张宇聂洁冯峥谭金祥长沙理工大学桥梁与建筑绿色建造和维护湖南省重点实验室湖南长沙410114

预应力超高性能混凝土(UHPC)结构具有轻型化、跨度大等优点,为了探明其锚固区的受力性能,以钢纤维长径比、局压面积比与钢纤维掺量为变量,开展了18个带中心孔道的UHPC棱柱体试件的局压试验,得到了局压承载力以及荷载-位移关系。试验结... 详细信息

预应力超高性能混凝土(UHPC)结构具有轻型化、跨度大等优点,为了探明其锚固区的受力性能,以钢纤维长径比、局压面积比与钢纤维掺量为变量,开展了18个带中心孔道的UHPC棱柱体试件的局压试验,得到了局压承载力以及荷载-位移关系。试验结果表明:UHPC试件局压开裂荷载一般为局压极限荷载的45%~78%,局压破坏之前有较长的裂缝发展过程;局压受力可分为压密、弹性变形、外围混凝土及其与楔形体界面的裂缝发展、破坏四个阶段;钢纤维长径比分别为65与80的两组UHPC试件局压承载力、局压刚度相差均较小;UHPC试件弹性变形阶段核心混凝土竖向柔度和相对压陷的竖向柔度随局压面积减小而增大;当钢纤维掺量分别从1%增至2%和2%增至3%时,UHPC试件局压承载力增幅达12.9%~14.4%和5.3%~7.4%,局压刚度亦随纤维掺量增加而增加。UHPC局压承载力的计算仍可采用普通混凝土局压承载力公式的形式,但相关系数取值有所不同;按该文给出的方法取值,计算值与试验结果吻合较好。

关键词： UHPC 钢纤维长径比局压承载力

Interlaminar Bonding Performance of UHPC/SMA Based on Diagonal Shear Test

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Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science) 2023年第1期38卷 97-108页

作者：丁庆军 LEI Yuxiang 张高展 CHENG Huaqiang ZHAO Mingyu GUO Kaizheng School of Materials Science and Engineering Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Advanced Building Materials Key Laboratory of Anhui Province School of Material Science and Chemical EngineeringAnhui Jianzhu UniversityHefei 230601China Wuhan Municipal Construction Group Co. LtdWuhan 430023China School of Materials Science and Engineering Shenyang Jianzhu UniversityShenyang 110000China

To evaluate various interlaminar bonding reinforcement techniques used for steel bridge decks,the UHPC surface was roughened with shot blasting(SB),transverse grooving(TG)and surface embedded stone(S),epoxy resin(E),epoxy asphalt(EA)and high viscosity high elasticity asphalt(HV)as interlayer bonding materials.In addition,a diagonal shear test was conducted using a self-designed diagonal shear jig.The effects of adhesive layer materials type,surface texture type,and different loading rates on the interlaminar bonding performance of UHPC/SMA combination specimens were investigated.The experimental study showed that the peak shear strength and shear modulus of the combined specimen decreased gradually with the decrease of thermosetting of the adhesive layer materials.The peak shear fracture energy of E was greater than that of HV and EA.The synergistic effect of the contact force generated by the roughing of the UHPC surface,the friction force,and the bonding force provided by the adhesive layer material can significantly improve the interlaminar shear performance of the assemblies.The power-law function of shear strength and shear modulus was proposed.The power-law model of peak shear strength and loading rate was verified.The shear strength and predicted shear strength satisfy the positive proportional functions with scale factors of 0.985,1.015,0.961,and 1.028,respectively.

关键词： UHPC SMA bonding materials surface textures loading rate bonding performance

基于截面纤维模型的UHPC-NC组合桥墩抗震性能研究

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铁道学报 2022年第9期44卷 146-153页

作者：任亮方博文刘青云方志华东交通大学土木建筑学院江西南昌330013 华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

针对传统钢筋混凝土桥墩在塑性铰区域损伤容限、耗能能力和变形性能的不足,提出将超高性能混凝土(UHPC)替代塑性铰区域普通混凝土(NC),并搭配高强钢筋,形成一种新型的UHPC-NC组合桥墩。为探讨这种组合桥墩的抗震性能,基于截面纤维模型... 详细信息

针对传统钢筋混凝土桥墩在塑性铰区域损伤容限、耗能能力和变形性能的不足,提出将超高性能混凝土(UHPC)替代塑性铰区域普通混凝土(NC),并搭配高强钢筋,形成一种新型的UHPC-NC组合桥墩。为探讨这种组合桥墩的抗震性能,基于截面纤维模型编制了考虑轴力二阶效应的压弯构件非线性分析程序,通过与UHPC和NC桥墩低周往复荷载试验数据进行对比,验证分析程序的可靠性。在此基础上运用编制的程序分析轴压比、纵筋直径、纵筋强度和UHPC高度等参数对组合桥墩抗震性能的影响。结果表明:组合桥墩位移延性系数随着轴压比的增加而降低,随纵筋直径和纵筋强度的增大表现出先增大后降低的趋势,随UHPC替换高度的增加表现出先增大后逐渐平缓的特征,合适的UHPC替换高度是实现组合桥墩位移延性和经济性的重要前提。

关键词： UHPC 组合桥墩截面纤维模型数值分析抗震性能

Q690高强钢-超高性能混凝土抗剪连接件疲劳性能试验研究

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建筑结构学报 2023年第1期44卷 289-299页

作者：童乐为陈路华文铭朱嘉邵晓东赵正同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学浙江学院嘉兴市土木与环境高性能功能材料重点实验室浙江嘉兴314051 浙江宏日泰耐克新材料科技有限公司浙江宁波315012

为了研究Q690高强度结构钢-超高性能混凝土(UHPC)组合抗剪连接件的疲劳性能,进行了3组共12个推出试件的常幅疲劳试验,考虑了栓钉直径、单钉和群钉布置形式等因素的影响。研究表明:推出试件的疲劳破坏模式均为栓钉剪切断裂;在200万次疲... 详细信息

为了研究Q690高强度结构钢-超高性能混凝土(UHPC)组合抗剪连接件的疲劳性能,进行了3组共12个推出试件的常幅疲劳试验,考虑了栓钉直径、单钉和群钉布置形式等因素的影响。研究表明:推出试件的疲劳破坏模式均为栓钉剪切断裂;在200万次疲劳寿命下,直径13 mm单钉抗剪连接件的疲劳强度比直径19 mm单钉抗剪连接件的高42.5%,小直径栓钉比大直径栓钉抗剪连接件的疲劳强度高;直径19 mm单钉抗剪连接件的疲劳强度比直径19 mm群钉抗剪连接件的高15.0%,单钉比群钉布置形式下栓钉抗剪连接件的疲劳强度高。将试验结果与国内外已有的普通强度钢-普通混凝土、普通强度钢-UHPC抗剪连接件疲劳数据对比分析表明,Q690高强钢-UHPC抗剪连接件具有更高的疲劳强度,其中比欧洲BS EN 1994-1-1中普通强度钢-普通混凝土抗剪连接件疲劳强度高71.8%。同时,分别提出了单钉布置和群钉布置的Q690高强钢-UHPC抗剪连接件的S-N曲线,供疲劳设计参考。

关键词： Q690高强钢 UHPC 抗剪连接件栓钉布置形式推出疲劳试验 S-N曲线

基于桁架-拱模型的钢筋UHPC矩形梁抗剪承载力计算方法

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铁道学报 2023年第3期45卷 16-29页

作者：余自若夏文敏安明喆王月韩松北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)在铁路桥梁中有着广阔的应用前景,UHPC梁的抗剪承载力计算是UHPC结构设计的重要部分。针对钢筋UHPC矩形梁,利用数值分析方法,分析剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量等... 详细信息

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)在铁路桥梁中有着广阔的应用前景,UHPC梁的抗剪承载力计算是UHPC结构设计的重要部分。针对钢筋UHPC矩形梁,利用数值分析方法,分析剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量等各因素对梁抗剪承载力的影响;在传统桁架-拱模型的基础上单独考虑钢纤维的增强作用,把钢纤维作为桁架模型中的受拉斜腹杆并根据厚壁圆筒原理推导钢纤维提供的抗剪承载力,结合UHPC的材料特征和UHPC矩形截面构件的抗剪设计特点,建议斜压腹杆倾角和软化系数等关键参数的取值,提出能考虑钢纤维掺量和几何特征的UHPC矩形梁抗剪承载力计算公式;以国内外147根UHPC矩形梁的抗剪试验结果验证计算方法的正确性和适用性。结果表明:建议的UHPC矩形梁抗剪承载力公式计算结果与实测值吻合较好,相比常用的国外UHPC结构设计规范建议方法,方法得到的结果与实测值更为接近;钢纤维对梁的抗剪承载力有显著贡献;纤维掺量和纤维几何特征对梁的抗剪承载力有明显影响。

关键词： UHPC 矩形梁桁架-拱模型钢纤维抗剪承载力

UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙带板结构抗震性能试验研究

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振动与冲击 2023年第1期42卷 273-281页

作者：李新星周泉李水生中国建筑第五工程局有限公司长沙410001 湖南中建五局绿色市政工程研究中心有限公司长沙410001

提出一种UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙节点连接形式,为研究该节点平面外的抗震性能,设计完成了5片剪力墙带板结构平面外拟静力试验,包括3片UHPC-钢筋错位连接预制剪力墙,1片UHPC-钢筋非连续对接连接剪力墙和1片60 d钢筋绑扎搭接的现... 详细信息

提出一种UHPC-钢筋错位连接的预制剪力墙节点连接形式,为研究该节点平面外的抗震性能,设计完成了5片剪力墙带板结构平面外拟静力试验,包括3片UHPC-钢筋错位连接预制剪力墙,1片UHPC-钢筋非连续对接连接剪力墙和1片60 d钢筋绑扎搭接的现浇剪力墙结构。对比分析了各试件的破坏形态、滞回曲线、承载力、刚度退化和水平接缝处竖向钢筋的传力性能。结果表明:错位连接剪力墙试件与现浇剪力墙试件破坏形式相同,均为平面外弯曲破坏,与现浇剪力墙相比,错位连接剪力墙极限承载力提高了5.1%,层间位移角均在1/80~1/50;初试刚度高于现浇试件,后期刚度退化、延性和耗能与现浇试件相当;增大UHPC后浇段高度可提高结构的整体刚度,但结构抗震性能降低;后浇段边缘处竖向钢筋在接缝处混凝土开裂后应力达到屈服,UHPC后浇段内钢筋应力较小,节点表现出良好的传力性能,可按照“等同现浇”剪力墙结构设计。

关键词：预制剪力墙 UHPC 平面外钢筋错位连接低周反复加载试验抗震性能

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UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第11期49卷 33-44页

作者：邵旭东邵宗暄怀臣子曹君辉李冲湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案(平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm).首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行... 详细信息

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案(平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm).首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.

关键词： UHPC 桥面板抗弯试验抗弯承载力参数分析

Constitutive Behavior of the Interface between UHPC and Steel Plate without Shear Connector:From Experimental to Numerical Study

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第8期140卷 1863-1888页

作者： Zihan Wang Boshan Zhang Hui Wang Qing Ai Xingchun Huang School of Naval Architecture Ocean and Civil EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai200240China Department of Bridge Engineering Tongji UniversityShanghai200092China

The application of ultra-high performance concrete(UHPC)as a covering layer for steel bridge decks has gained widespread popularity.By employing a connection without a shear connector between the steel plate and UHPC,namely,the sandblasted interface and the epoxy adhesive with sprinkled basalt aggregate interface,the installation cannot only be simplified but also the stress concentration resulting from the welded shear connectors can be eliminated.This study develops constitutive models for these two interfaces without shear connectors,based on the interfacial pull-off and push-out tests.For validation,three-point bending tests on the steel-UHPC composite plates are conducted.The results indicated that the proposed bilinear traction-separation model for the sandblasted interface and the trapezoidal traction-separation model for the epoxy adhesive with sprinkled basalt aggregate interface can generally calibrate the interfacial behavior.However,the utilization of the experimentally determined pure shear strength underestimates the load-carrying capacity of the composite plates in the case of three-point bending tests.By recalling the Mohr-Coulomb criterion,this underestimation is attributed to the enhancement of the interface shear strength by the presence of normal stress.

关键词： Cohesive zone model interfacial behavior finite element simulation UHPC steel plate

铁路UHPC梁的正截面抗弯承载力计算公式及应用

维普期刊数据库评论

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铁道工程学报 2022年第5期39卷 33-38,72页

作者：蔺鹏臻赵鸿伟马俊军兰州交通大学兰州730070

研究目的:为发挥UHPC抗拉强度高的优势,探索在铁路UHPC梁抗弯承载力设计中合理计入UHPC的抗拉强度,以现有铁路桥涵规范为基础,建立预应力UHPC矩形和T形截面梁考虑UHPC抗拉强度的正截面抗弯承载力计算公式。通过与27组试验梁的试验结果对... 详细信息

研究目的:为发挥UHPC抗拉强度高的优势,探索在铁路UHPC梁抗弯承载力设计中合理计入UHPC的抗拉强度,以现有铁路桥涵规范为基础,建立预应力UHPC矩形和T形截面梁考虑UHPC抗拉强度的正截面抗弯承载力计算公式。通过与27组试验梁的试验结果对比,验证抗弯承载力计算公式的可行性。结合24 m跨度的预应力UHPC铁路桥梁设计实例,对比分析考虑UHPC抗拉强度后梁体的抗弯承载力和安全系数。研究结论:(1)结合铁路桥梁设计规范体系,推导了考虑UHPC抗拉强度的铁路UHPC桥梁抗弯承载力计算公式;(2)对比27组试验梁的结果,本文抗弯承载力计算公式与试验结果吻合良好,可供工程设计使用;(3)与不考虑UHPC抗拉强度的承载力结果相比,考虑受拉区UHPC抗拉强度后的预应力UHPC梁的极限承载力可提高约6%,在进行铁路UHPC梁设计时考虑截面受拉区UHPC的贡献可进一步优化截面和节约材料;(4)本研究结果对铁路UHPC梁的设计具有理论指导意义。

关键词：铁路桥梁 UHPC 正截面抗弯承载力配筋率强度安全系数