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带钢底板uhpc梁抗剪承载力计算方法

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 82-93页

作者：晏班夫刘千王凯涂兵柯璐湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

为研究带钢底板的超高性能混凝土(uhpc)梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,采用试验研究与理论分析的方法,设计制作了7片试验梁开展抗剪试验,试验参数包括接缝配置、纵向腹筋设置和剪跨比;结合极限平衡理论和分项线性叠加思想,建立了考... 详细信息

为研究带钢底板的超高性能混凝土(uhpc)梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,采用试验研究与理论分析的方法,设计制作了7片试验梁开展抗剪试验,试验参数包括接缝配置、纵向腹筋设置和剪跨比;结合极限平衡理论和分项线性叠加思想,建立了考虑箍筋、钢纤维、uhpc基体及钢板抗剪贡献的带钢底板uhpc梁抗剪承载力计算建议公式,并与法国规范计算公式进行比较。试验结果表明:接缝梁的破坏形态均为接缝处错位的剪切破坏,主裂缝沿靠近跨中的接缝一侧斜向发展,而完整梁的破坏形态与剪跨比有关,随着剪跨比的增加从剪压破坏向弯剪破坏转变;接缝的存在会降低带钢底板uhpc梁的抗剪承载力,且随剪跨比的增大而减小,设置纵向腹筋则可有效提高其抗剪承载力与变形能力;采用本文提出的计算方法的抗剪承载力计算值与试验值的平均比值为0.91,变异系数为0.16,采用法国规范抗剪承载力计算方法的抗剪承载力计算值与试验值的平均比值为1.08,变异系数为0.29,因此本文提出的计算方法离散性较小,可适用于带钢底板uhpc梁的抗剪承载力计算。

关键词：桥梁工程 uhpc梁抗剪承载力理论分析钢底板湿接缝

考虑纤维桥接退化的钢筋uhpc梁受弯承载能力计算方法

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中国公路学报 2024年第7期37卷 168-178页

作者：胡玉庆戚家南陈东崔冰王景全安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601 长大桥梁安全长寿与健康运维全国重点实验室江苏南京210037 中交公路规划设计院有限公司北京100010

现有uhpc梁受弯承载力计算方法均基于承载力极限状态下的受力模型推导,并用试验验证所得,未考虑正常使用极限状态到承载力极限状态纤维桥接作用退化对极限承载力的影响。对于uhpc梁,若正常使用极限状态允许其带裂缝工作,裂缝在活载作用... 详细信息

现有uhpc梁受弯承载力计算方法均基于承载力极限状态下的受力模型推导,并用试验验证所得,未考虑正常使用极限状态到承载力极限状态纤维桥接作用退化对极限承载力的影响。对于uhpc梁,若正常使用极限状态允许其带裂缝工作,裂缝在活载作用下会存在闭合和张开的问题;若裂缝宽度达到一定值,伴随裂缝的闭合与张开,跨过裂缝的纤维-基体会因界面黏结疲劳导致黏结性能退化,纤维黏结性能的退化进一步引起uhpc梁跨中截面一定高度上的纤维桥接作用失效,影响其受弯承载能力计算的准确性。为此,充分研究了应变硬化与软化uhpc材料的力学性能,分析了单调和循环加载下纤维与基体的黏结滑移关系,确定了正常使用极限状态下裂缝不扩展的宽度值,然后考虑应变硬化uhpc极限拉应变和钢筋屈服应变的关系,基于循环荷载下跨裂缝纤维-基体黏结性能退化规律,分别建立了受弯全过程纤维桥接合理量化的钢筋uhpc梁受弯承载力计算方法。通过现有文献中uhpc梁的试验结果验证发现,对于应变硬化和应变软化uhpc梁,所提出公式的计算结果与试验结果平均比值分别为0.9和1.0,这表明所提出的计算方法可对应变硬化与软化uhpc梁受弯承载力进行较为准确的预测。另外,研究发现,对于uhpc梁,若要充分利用uhpc中纤维的桥接贡献,其正常使用极限状态下裂缝的宽度不宜大于0.05 mm。

关键词：桥梁工程 uhpc梁受弯计算方法承载力极限状态正常使用极限状态纤维桥接退化

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无腹筋uhpc梁抗剪性能的尺寸效应研究

工程力学 2023年

作者：唐滔龙再志修维彭德坤蒋明辉中国五冶集团有限公司北京工业大学材料与制造学部

本文为了研究无腹筋uhpc梁抗剪性能的尺寸效应，设计了6根无腹筋uhpc试验梁，其剪跨比为2，梁截面有效高度为150 mm～490mm，并考虑了钢纤维掺量对梁抗剪性能的影响。通过分析试验现象、荷载-挠度曲线、试验梁抗剪作用下混凝土曲线拱的... 详细信息

本文为了研究无腹筋uhpc梁抗剪性能的尺寸效应，设计了6根无腹筋uhpc试验梁，其剪跨比为2，梁截面有效高度为150 mm～490mm，并考虑了钢纤维掺量对梁抗剪性能的影响。通过分析试验现象、荷载-挠度曲线、试验梁抗剪作用下混凝土曲线拱的压应变，梁的延性与挠跨比，从而探讨了无腹筋uhpc梁抗剪性能的尺寸效应机理。结果表明：无腹筋uhpc梁的抗剪性能存在尺寸效应，尺寸越大的梁其名义极限剪应力越小；随着试验梁尺寸的增加，梁的变形能力逐渐减小，刚度与脆性增加，钢纤维的桥联作减弱。本文考虑了混凝土拱体在梁抗剪作用下的尺寸效应，推导了无腹筋uhpc梁的抗剪承载力模型，模型计算值与试验值吻合性良好，变异性小。

关键词： uhpc梁名义极限剪应力尺寸效应混凝土拱体钢纤维掺量

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uhpc梁抗冲击性能影响因素有限元分析

低温建筑技术 2024年第6期46卷 132-137页

作者：王卫锋吴彦儒郑小红华南理工大学土木与交通学院广州510640

为研究配箍率、纵筋率、uhpc强度对uhpc梁抗冲击性能的影响,采用LS-DYNA软件,建立落锤冲击下的uhpc梁有限元模型,进行数值计算,分析对比其破坏形态、位移时程。结果表明uhpc中的钢纤维提高了梁的抗剪能力,导致配箍率对uhpc梁的冲击响应... 详细信息

为研究配箍率、纵筋率、uhpc强度对uhpc梁抗冲击性能的影响,采用LS-DYNA软件,建立落锤冲击下的uhpc梁有限元模型,进行数值计算,分析对比其破坏形态、位移时程。结果表明uhpc中的钢纤维提高了梁的抗剪能力,导致配箍率对uhpc梁的冲击响应影响较小;当纵筋率小于1.0%时,破坏形态为少筋破坏,随着纵筋率增大,梁抗冲击能力增强,破坏形态转变为适筋破坏,跨中最大位移减少,但影响程度随着纵筋率增加而逐渐减少;uhpc抗压强度不同,梁的破坏模式有差异,当强度从100MPa增加到140MPa时,梁体破坏形态从落锤两侧出现斜向损伤转变为跨中受拉损伤。对于uhpc梁抗冲击设计,可减少箍筋的配置,而提高纵筋率或uhpc强度。

关键词： uhpc梁抗冲击性能纵筋率跨中位移

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剪弯段填充部分uhpc梁抗剪性能研究

剪弯段填充部分UHPC梁抗剪性能研究

作者：达娃扎西吉林建筑大学

学位级别：硕士

自重大且剪弯段混凝土易开裂是传统普通混凝土桥梁普遍面临的问题,降低其自重,提升其抗裂性,有益于拓展传统普通混凝土桥梁在实际施工建设中的运用范围。超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称uhpc)具有优秀的力学性能... 详细信息

自重大且剪弯段混凝土易开裂是传统普通混凝土桥梁普遍面临的问题,降低其自重,提升其抗裂性,有益于拓展传统普通混凝土桥梁在实际施工建设中的运用范围。超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称uhpc)具有优秀的力学性能和耐久性,可提升桥梁抗开裂性能,但较低水胶比和较高胶凝材料用量,使其制备工艺要求高,生产成本昂贵,从而导致无法大规模应用于工程领域,为充分利用uhpc力学优点,尽量减少或避免其缺点,将uhpc浇筑在普通混凝土梁受力集中的剪弯区段替代部分厚重的普通混凝土,既能降低桥梁自重,也能确保整梁抗剪性能。因此,本文提出剪弯段填充uhpc梁,以此解决传统普通混凝土梁剪弯段抗裂性差,而全uhpc梁经济成本高的难题。本文在现有理论基础上,建立剪弯段填充部分uhpc梁的理论模型与有限元模型,研究剪弯段填充部分uhpc后梁的抗剪性能变化规律,具体内容如下:(1)阐述uhpc材料性能及其在桥梁工程中的应用情况,介绍钢筋uhpc混凝土梁抗剪研究现状及各国规范中关于uhpc梁抗剪承载力设计计算公式。(2)归纳桥梁抗剪承载力计算理论方法,重点研究极限平衡理论的条件以及具体计算方法,为建立剪弯段填充部分uhpc梁模型的可行性奠定基础。(3)引入剪弯段uhpc裂缝长度占比系数,通过剪弯段填充uhpc梁受力平衡方程,剪弯段剪压区混凝土正应力与剪应力方程,建立能够反映普通混凝土梁、全uhpc梁以及剪弯段填充不同长度uhpc梁受剪的统一理论模型。(4)利用ANSYS建立能够模拟剪弯段填充uhpc梁的有限元模型,通过定义不同uhpc填充长度的工况,利用有限元模型与梁受剪的统一理论模型,分析在剪弯段填充不同uhpc长度对梁抗剪性能的影响,以及剪弯段填充uhpc前后梁的力学行为差异,为后续该类型桥梁设计提供理论基础。

关键词：桥梁工程 uhpc梁剪弯段填充uhpc 抗剪承载力 ANSYS模拟

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火灾后uhpc梁斜截面承载性能研究

火灾后UHPC梁斜截面承载性能研究

作者：刘壮壮山东建筑大学

学位级别：硕士

超高性能混凝土(uhpc)是一种具有超高强度,高耐久性、高抗震耗能、低渗透性和良好体积稳定性的新型水泥基复合材料。火灾下,uhpc的导热系数约为普通混凝土的1.25～1.40倍,比热约为普通混凝土的0.75～0.85倍,所以uhpc的截面温度比相同受... 详细信息

超高性能混凝土(uhpc)是一种具有超高强度,高耐久性、高抗震耗能、低渗透性和良好体积稳定性的新型水泥基复合材料。火灾下,uhpc的导热系数约为普通混凝土的1.25～1.40倍,比热约为普通混凝土的0.75～0.85倍,所以uhpc的截面温度比相同受火工况下的普通混凝土相对更高。火灾后uhpc梁的剩余抗剪承载性能与火灾下的受火截面温度具有正相关性,相较于普通混凝土,火灾后uhpc梁的剩余承载性能与火灾下的剩余抗剪承载性能劣化幅度可能更大。鉴于研究火灾后uhpc梁的剩余抗剪承载性能是评估受火损伤构件加固修复的重要依据,因此本文主要进行了以下研究工作以期为uhpc的火灾后安全性能研究提供一定的参考:(1)为研究火灾后uhpc梁斜截面剩余承载性能,开展了12个uhpc梁火灾后静载试验,获得了火灾后uhpc梁破坏模式、裂缝发展、荷载-位移曲线。试件均发生由加载点指向支座的主斜裂缝,达到极限荷载时破坏呈现脆性特征,钢纤维被拔出,剪压区混凝土压碎,试件火灾后挠度变形加大,受剪承载性能降低,影响规律与常温下大致相同。(2)受火时间、剪跨比、荷载水平、配箍率对火灾后uhpc梁斜截面受剪承载性能影响显著。随着受火时间增大、荷载水平升高,试件内部损伤增加,火灾后受剪承载力下降;剪跨比对火灾后uhpc梁受剪承载力影响显著,当剪跨比由2.0增加至3.5时,受剪承载力可降低40%以上,受剪破坏模式由“剪压破坏”转变为“斜拉破坏”。荷载水平与剩余承载性能呈现负相关,配箍率由0增加至0.27%,火灾后uhpc梁受剪承载力可提高15%以上。(3)为研究高温作用对火灾后试件承载性能影响,将抗剪承载力计算值与火灾后静载试验值开展对比分析,探明火灾下试验梁的裂缝开展与爆裂会引起火灾后uhpc梁受剪承载性能的削弱。局部爆裂的梁约削弱15%;裂缝对梁受剪承载性能削弱15～25%,贯通斜裂缝影响最大,对梁受剪承载性能削弱可超过35%。(4)采用ABAQUS有限元数值分析软件,建立了火灾后uhpc梁受剪性能有限元分析模型,分析了受火时间、剪跨比对火灾后剩余承载性能的影响。基于有限元分析结果,获得了uhpc梁在火灾下的温度场及火灾后的荷载位移曲线、破坏模式,揭示了火灾后有箍筋uhpc梁斜截面受弯承载损伤演化规律;当受火时间从90min以30min为增量增加到180min,受剪承载力分别降低25.6%、16.2%及10.7%;剪跨比由2.0以0.5为增量增加到3.5,受剪承载力分别降低17.5%、29.8%、37.5%。

关键词： uhpc梁火灾后受剪承载性能静载试验有限元模拟

基于桁架—拱模型的uhpc梁的抗剪承载力研究

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基于桁架—拱模型的UHPC梁的抗剪承载力研究

作者：夏文敏北京交通大学

学位级别：硕士

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,uhpc)是一种新型的水泥基复合材料,在桥梁工程中有着广泛的应用。混凝土梁的剪切破坏是脆性破坏,uhpc强度高,高强度可能带来高“脆硬性”,使uhpc梁的剪切破坏脆性更加严重。uhpc中掺入... 详细信息

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,uhpc)是一种新型的水泥基复合材料,在桥梁工程中有着广泛的应用。混凝土梁的剪切破坏是脆性破坏,uhpc强度高,高强度可能带来高“脆硬性”,使uhpc梁的剪切破坏脆性更加严重。uhpc中掺入了钢纤维,但钢纤维对uhpc梁抗剪承载力的贡献一直没有进行量化的研究,因此量化研究钢纤维对uhpc梁抗剪承载力的贡献,提出更经济、更合理的uhpc梁的抗剪承载力计算公式是有必要的。本文主要有以下工作和结论:(1)利用数值分析手段,研究了uhpc梁的剪切破坏形态,分析了纵筋配筋率、纵筋强度、钢纤维掺量和剪跨比等因素对uhpc梁荷载-位移曲线的影响,与普通混凝土梁的抗剪性能进行了对比。结果表明:随着纵筋配筋率的增加,uhpc梁的抗剪承载力增加、延性降低;随着纵筋强度的增加,uhpc梁的抗剪承载力增加、延性降低;随着钢纤维掺量增加,uhpc梁的抗剪承载力增加、延性增加;随着剪跨比的增加,uhpc梁的抗剪承载力降低、延性增加;uhpc梁较普通混凝土梁塑性损伤程度低、初始弹性模量大、抗剪承载力高。(2)对比分析了普通混凝土规范与uhpc规范中抗剪计算式的异同,搜集了147根uhpc矩形梁试验数据,建立了抗剪试验数据库,对普通混凝土规范和uhpc规范中的抗剪计算公式进行适用性验证;基于抗剪试验数据库,统计分析了剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率和钢纤维特征对uhpc梁抗剪承载力的影响。结果表明:普通混凝土规范的计算方法不能直接套用于uhpc受剪构件;现有的uhpc规范中,对抗剪承载力的计算都偏于保守;uhpc梁的抗剪承载力随着剪跨比的增大而减小,随着纵筋配筋率的增大而增大,随着箍筋配筋率的增大而减小,随着长径比的增大而增大,随着钢纤维掺量的增大而增大;纵筋配筋率的最优范围为4%%,长径比的最优范围为600,钢纤维掺量的最优范围为1%%。(3)基于桁架-拱模型,考虑钢纤维的增强作用对uhpc梁抗剪承载力的影响,对单根钢纤维进行受力分析,采用厚壁圆筒原理分析钢纤维与uhpc之间的黏结应力,并考虑纤维效应系数提出了uhpc梁中钢纤维的拉力,进而将钢纤维量化为桁架拉杆进行抗剪计算,提出了uhpc梁的抗剪承载力计算公式,给出了公式中斜压腹杆倾角和软化系数的取值、剪跨比的范围。基于本文搜集到的抗剪试验数据库,对比本文模型计算值与试验值,验证本文所推导的抗剪计算公式的准确性和适用性,并讨论了钢纤维在抗剪承载力中的贡献值。结果表明:本文所推导的抗剪计算公式具有一定的准确性,适用于不同梁高下的uhpc梁;钢纤维对uhpc梁抗剪承载力有明显贡献、不容忽略的。(4)分析讨论了uhpc梁的抗剪斜裂缝的形成、影响因素和计算方法,基于经典的粘结-滑移理论建议了适用于uhpc梁的抗剪斜裂缝宽度计算公式,给出了公式中斜向开裂荷载、综合差异系数等相关系数的取值和计算式。

关键词： uhpc梁数值分析桁架-拱模型钢纤维抗剪承载力抗剪斜裂缝宽度

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R-uhpc梁抗剪承载力有限元分析

土木工程 2023年第5期12卷 575-582页

作者：李建奎马熙伦马伟宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川

为研究配筋超高性能混凝土(R-uhpc)梁的抗剪性能,结合6根不同钢纤维掺量和配箍率的R-uhpc梁受剪破坏试验,通过有限元参数分析,验证了极限荷载、纵筋应变、箍筋应变、开裂情况,得出剪跨比为1.2~2.8范围的R-uhpc梁抗剪承载力及变化规律。

关键词： uhpc梁有限元剪跨比抗剪承载力

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沙贝立交F匝道uhpc梁施工管理措施

广东公路交通 2019年第5期45卷 107-110,115页

作者：杜钊刘军中路杜拉国际工程股份有限公司

超高性能混凝土(简称uhpc)是近些年在传统混凝土材料基础上发展而来的新材料,其性能优良,目前在我国桥梁主体结构及旧桥加固工程中逐步推广应用,广州北环高速公路扩建工程沙贝立交F匝道梁结构采用了该材料。结合广州北环高速公路扩建工... 详细信息

超高性能混凝土(简称uhpc)是近些年在传统混凝土材料基础上发展而来的新材料,其性能优良,目前在我国桥梁主体结构及旧桥加固工程中逐步推广应用,广州北环高速公路扩建工程沙贝立交F匝道梁结构采用了该材料。结合广州北环高速公路扩建工程沙贝立交F匝道uhpc梁施工过程中遇到的问题以及施工管理的主要措施进行分析。

关键词： uhpc梁施工管理措施施工工艺