水泥粉煤灰建筑垃圾桩处理软土地基试验研究

本着节能环保的发展理念,提出水泥粉煤灰建筑垃圾桩处理软土地基的方案,用建筑垃圾再生粗骨料(粒径范围4.75~9.5 mm)代替碎石、细骨料(粒径范围0.075~0.6 mm)代替中粗砂,并通过室内试验、现场试验及质量检测等验证方案的可行性。结果表明:建筑垃圾再生骨料混凝土的最佳配合设计为胶凝材料掺入比15%,水泥∶粉煤灰=2∶1(E组);试件90 d养护龄期的无侧限抗压强度较28d增加幅度在19.5%~26.5%之间,高于普通混凝土。采用标准试件28 d养护龄期的无侧限抗压强度值作为再生骨料混凝土的抗压强度标准值,偏低;单桩复合地基的承载力为487.7 kPa,较天然软土地基承载力提高了3.8倍,满足复合地基承载力的设计要求。     

带防屈曲支撑的钢管混凝土框架抗震性能参数分析

设置防屈曲支撑的钢管混凝土框架是一种新型钢管混凝土减震结构。采用有限元软件Opensees对设置防屈曲支撑的单层单跨钢管混凝土减震框架进行数值模拟,研究了框架梁柱线刚度比、防屈曲支撑初始刚度以及钢管混凝土柱轴压比等设计参数对该减震结构抗震性能的影响。研究结果表明:1数值模拟和试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性;2梁柱线刚度比在0.1~0.3之间变化时,钢管混凝土减震框架的抗震性能较好;3BRB耗能支撑的初始刚度K1在40~80kN/mm变化时,减震框架的耗能减震效应较明显;4在合理的钢管混凝土柱轴压比范围内,当轴压比较大时,在钢管混凝土框架中设置防屈曲支撑能明显地提高结构的耗能能力和改善结构的强度退化现象。     

冻融循环作用后钢筋混凝土电化学除氯效果研究∗

为探究盐冻环境钢筋混凝土结构经电化学除氯后的残余氯离子分布规律,本文设计快速冻融试验,对冻融循环作用后的钢筋混凝土开展电化学除氯试验,研究冻融循环次数、除氯时间和粉煤灰掺量等因素对钢筋混凝土电化学除氯效果的影响。研究表明,粉煤灰混凝土电化学除氯效率受冻融循环作用影响和粉煤灰二次水化的共同影响,冻融循环作用引起的混凝土性能劣化导致电化学除氯后混凝土内残余氯离子呈凸型分布,集聚在距混凝土表面 15~25 mm 范围,钢筋附近残余氯离子含量最低。结果表明,冻融循环作用会引起混凝土电化学平均除氯效率上升,相较于未冻融试件,冻融循环作用 100 次的试件上升约 12.5%;随电化学除氯时间增加,平均除氯效率会增大,混凝土内残余氯离子含量下降和外迁总量正相关;随粉煤灰掺量增加,混凝土电化学除氯效率增大,掺 10%、 20%、30% 的粉煤灰混凝土,其 28 d 平均除氯效率分别达到 51.2%、54.5%、59.9%。     

基于NSGM(1,N)模型的RTSF/PVA矿渣混凝土高温后力学性能分析及预测∗

为改善混凝土高温后的力学性能,以 RTSF 和 PVA 体积掺量以及矿渣替代率为变量,设置四因素三水平的正交试验,测试 RTSF/PVA 矿渣混凝土在 200 ℃、400 ℃、600 ℃以及 800 ℃后的残余抗压强度;结合电镜扫描分析高温后 RTSF/PVA 矿渣混凝土的微观结构;并采用一种新结构的多变量灰色模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测。结果表明：RTSF‐PVA/矿渣混凝土对裂缝的把控能力明显优于素混凝土,600~800 ℃后的最大裂缝宽度仅为素混凝土的 1/3~1/4,但裂纹分布较广;RTSF‐PVA/矿渣混凝土的残余抗压强度随温度升高, 总体上呈降低趋势,当掺量组合为 RTSF 掺量 0.6%、PVA 掺量 0.05% 以及 GBFS 替代率 25% 时,800 ℃后的抗压强度残余率为 56.64%,较素混凝土提高了 14.44%;通过电镜扫描观测到 RTSF‐PVA/矿渣混凝土基体结构更加致密,混凝土劣化主要是因为胶凝物质的分解和骨料膨胀,导致 ITZ 出现缺陷,以及纤维与基体粘结力降低,两者共同作用导致强度降低;建立 NSGM（1,4）模型对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后的强度预测,平均相对误差控制在 6.3% 以内,模型精度达到Ⅱ级,根据发展系数判断模型可以对 RTSF‐PVA/矿渣混凝土进行高温后强度的长期预测。     

火灾下型钢混凝土柱的受力全过程分析北大核心CSCD

实际结构从正常使用到遭受火灾作用,至火灾后进行维修加固,其结构受力经历了常温、升温、降温和火灾后4个阶段(简称结构受力全过程)以及火灾升、降温作用阶段(简称火灾作用全过程)。基于上述结构受力和火灾作用的全过程,建立了全过程火灾作用下型钢混凝土柱力学性能分析的有限元模型,分析了全过程火灾作用下型钢混凝土柱的温度—时间关系、轴向荷载—位移关系和截面内力分布等。研究结果表明,不考虑外荷载和火灾升、降温共同作用得到的火灾后剩余承载力和对应的峰值位移结果偏于不安全;在结构受力全过程和火灾作用全过程中,型钢混凝土截面各材料之间发生了应力重分布。     

环保高性能水泥在高含泥量集料中的试验研究及应用

在普通硅酸盐水泥中加入单纯度的硅、铝基团添加剂,通过红外光谱分析发现所制得的高性能水泥硅、铝基团显著增加,对水化胶凝起到促进作用,并且水泥胶砂强度增加约10%。同时,普通硅酸盐水泥和高性能水泥分别与高含泥量(17.6%)集料混凝土的抗压、抗折和抗冻融试验中,高性能水泥均表现出良好的胶凝性能,可达到设计强度标准,且抗冻性试验次数是普通水泥混凝土的1.5倍。最后,利用电镜扫描分析了高性能水泥水化机理,可将泥土颗粒形成稳定的网络骨架胶凝结构,降低含泥量对混凝土强度及其他性能的影响,增加工程材料选用范围,减少人为对砂石料的开采和中间运输环节,做到就地取材利用和环境保护。     

基于人工神经网络方法的FRP增强混凝土断裂研究新思路∗

纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型的增强加固材料,由于其强度高、质量轻、防腐蚀、耐疲劳、与混凝土粘结性能好以及便于施工等诸多优点,在混凝土结构修复加固领域得到了广泛的应用。近年来,随着人工智能(AI)的逐渐兴起,机器学习(ML)作为实现AI 的一种途径,在水利、建筑等各行各业也得到了长足的发展。首先简单介绍了ML 的基本原理,并通过对ML 在混凝土结构工程中应用的系统回顾与总结,指出了传统试验和数值模拟分析中FRP 增强混凝土断裂研究存在的一些难点和局限性,阐述了基于ML 的人工神经网络(ANN)方法在处理混凝土结构问题中的优越性,认为采用ANN 方法能够有效解决FRP 增强混凝土断裂研究中难以解决的问题;其次,对ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测中的新思路进行了详细介绍,给出了ANN 方法应用于FRP 增强混凝土断裂韧度预测的具体流程,并对其流程中的一些步骤给出了建议;最后,对ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向的深入研究进行了展望,提出了ML 应用于FRP 增强混凝土断裂方向深入研究的相关问题。     

自密实混凝土自生约束收缩下应力松弛性能研究

以水胶比、胶凝材料用量为主要参数,研究较长龄期内自密实混凝土的自由自生收缩性能及圆环约束收缩下钢环应变的发展规律,通过分析得到自密实混凝土在自生约束收缩下的应力松弛性能。结果表明:自密实混凝土自生变形在经过1d左右的小幅膨胀后开始收缩,3～7d内收缩增长较快,接下来在长达100d的测试过程中缓慢而持续地增长;自生收缩在受约束时应力增长也有类似的规律。自生约束收缩引起的应力松弛主要发生在3～7d的早龄期,之后应力松弛的增长几乎停滞;自密实混凝土的应力松弛率随水胶比的提高显著增大,随胶结料用量的增加有增大的趋势。     

FRP(钢绞线)加筋混凝土梁正截面受弯承载力计算

纤维增强复合筋、不锈钢绞线等高强材料作为混凝土梁的受力筋可以充分发挥强度高、耐腐蚀性能好等优点,在土木工程中得到了广泛应用。为了分析此类高强材料加筋混凝土梁的受弯性能,在平截面假定基础上,对混凝土和受力纵筋分别采用混凝土Hongnestad模型和线弹性模型,通过平衡条件,推导了FRP(钢绞线)加筋混凝土梁受弯承载力的计算公式,并与国内外82根简支梁的试验结果进行了对比。研究结果表明:加筋混凝土梁抗弯强度试验值与理论值之比的平均值为1.07,标准差为0.14。建议公式可以较好地计算FRP(钢绞线)加筋混凝土梁的受弯承载力。实际工程构件抗弯截面设计时,建议安全配筋率取1.4倍平衡配筋率,设计截面弯矩取0.625倍理论受弯承载力,以使构件具有足够安全储备。     

自然潮差环境下粉煤灰混凝土微观结构的时变过程

基于自然潮差环境下在较长时间的暴露试验,获得了混凝土中自由氯离子浓度,并用压汞法测定了不同暴露时间后的不同掺量粉煤灰混凝土的微观结构参数;分析了粉煤灰掺量对混凝土孔隙率、孔径分布及其时变性和自由氯离子浓度的影响;在此基础上,探讨了粉煤灰混凝土中的孔径占比和孔隙率等微观结构参数与其自由氯离子浓度的时变关系。结果表明:粉煤灰可以有效的减少混凝土孔隙率,改善了其孔径分布,增加了10 nm～100 nm的孔径占比,降低了100 nm～1 000 nm的孔径占比;随着暴露时间的延长,混凝土中100 nm～1 000 nm和1 000 nm以上孔径的贡献孔隙率逐渐降低,但对于10 nm以下的贡献孔隙率没有明显的影响;同一暴露时间后,混凝土氯离子峰值浓度随着粉煤灰掺量的增加而逐渐降低,且在暴露后期,粉煤灰对混凝土中自由氯离子浓度分布的影响更加显著。     

CFRP布约束增强高强混凝土柱抗震性能数值分析

采用地震工程开源模拟软件OpenSees(Open System for Earthquake Engineering Simulation)对CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer,碳纤维增强复合材料)布加固高强钢筋混凝土方柱的抗震性能进行了数值分析。采用Steel02Material和Concrete02Material材料本构模型模拟了CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能;在此基础上,进一步研究了轴压比和剪跨比这2个因素对试件抗震性能的影响。将所得数值分析结果与相同条件下的试验结果对比后发现:基于Steel02 Material和Concrete02 Material材料本构,利用OpenSees,可以较好地模拟CFRP布加固高强混凝土方柱的抗震性能,并且与试验结果(滞回曲线、骨架曲线、水平承载力和位移延性系数)能够较好地吻合,从而说明该数值分析方法还可以准确地反映出轴压比和剪跨比对高强混凝土柱抗震性能的影响规律。     

羧基丁苯聚合物混凝土小变形阻尼研究

材料的阻尼是衡量材料本身成振性能的主要指标。本文采用自由振动法测试得到了一批羧基丁苯混凝土小变形阻尼比的基础性数据。试验结果表明:所采用的阻尼比测试方法和试验过程是可靠的;对同类型的混凝土,混凝土的阻尼比随丁苯胶掺量的增加而增大,混凝土的弹性模量随丁苯胶掺量的增加而降低;丁苯胶掺量在10％～15％时,可获得阻尼比、弹性模量和抗压强度均较高的混凝土。     

消防射水对火灾后高性能混凝土剩余抗压强度的影响

对火灾后消防射水对高性能混凝土(HPC)剩余抗压强度的影响进行了研究。分析了在不同温度、不同冷却方式条件下,C40HPC剩余抗压强度的变化规律,并利用ORIGIN 7.5软件,拟合了高温作用后HPC剩余抗压强度与温度之间的关系。研究表明:消防射水对高温作用后的HPC的剩余抗压强度的影响很大,射水冷却后的HPC剩余抗压强度明显低于自然冷却后的剩余抗压强度;随着破坏温度的升高,经消防射水冷却的HPC剩余抗压强度呈衰减状态。最后,建立了自然冷却及消防射水冷却条件下,C40HPC剩余强度与火场温度之间的二元回归曲线公式。     

型钢混凝土受拉柱恢复力计算模型试验研究∗

为研究型钢混凝土构件在偏心受拉作用下的抗震性能,以剪跨比、轴拉比以及偏心距为主要设计参数,对7根型钢混凝土受拉柱进行了低周反复试验中观察了试件的受力过程和破坏形态,得到滞回曲线以及骨架曲线等。通过理论推导和回归分析,提出了各特征点的计算公式。在此基础上,结合受拉柱的滞回特性,给出卸载刚度计算公式以及相应的滞回规则,并建立了型钢混凝土受拉柱四折线恢复力模型。结果表明:通过试验骨架曲线和计算骨架曲线的对比,二者结果吻合较好,能够较为全面地反映构件的受力性能,建议的四折线恢复力模型较为合理,可用于型钢混凝土受拉柱抗震性能的评估。     

三面受火的方钢管混凝土柱耐火极限

编制了预测方钢管混凝土柱三面火灾作用下高温反应的数值分析程序,并将之用于不同荷载比、截面边长、长细比、荷载偏心率、钢材和混凝土强度及含钢率共480种工况下方钢管混凝土柱耐火极限参数分析,得到了三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数及其影响规律。基于参数分析结果,定量给出了该受火条件下方钢管混凝土柱耐火极限的简化计算方法。研究结果表明:荷载比、截面边长、长细比是三面火灾作用下方钢管混凝土柱耐火极限的主要影响参数,表现为截面边长越大,荷载比和长细比越小,构件的耐火极限越大。由于存在极强偏心,当荷载作用点偏于背火面时荷载偏心率亦有较大影响。     

再生粗骨料混凝土柱耐火性能试验与理论分析

为研究再生粗骨料混凝土柱的耐火性能,进行了1个足尺的再生粗骨料混凝土柱和足尺的1个普通混凝土柱在竖向恒定荷载和温度场耦合作用下的耐火性能试验研究,2个试件的混凝土设计强度均为C30,2个柱采用相同的轴压比施加竖向荷载。在试验研究基础上,比较分析了2个试件的耐火极限以及各个测点的温度变化、侧向挠度、轴向变形和破坏过程;用有限元软件ABAQUS对试件截面温度场进行了模拟分析,测点温度增量模拟结果与实测温度增量符合较好。研究表明:相同初始轴压比条件下,混凝土强度接近的再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱升温速度慢,具有相对较好的隔热性能;再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的抗爆裂性能好,耐火极限长;因再生粗骨料混凝土柱比普通混凝土柱的孔隙率相对较高,在高温作用下其内部蒸汽应力可得到一定释放,由此引起的柱子轴向压缩变形相应也较大;一定条件下的再生粗骨料混凝土柱可用于建筑工程。     

方钢管混凝土柱—钢梁节点受力性能影响因素数值分析

针对带内隔板的方钢管混凝土柱—钢梁节点的具体情况,建立同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、材料非线性等三重非线性因素的有限元分析模型,研究节点在单调加载和低周反复加载作用下的受力机理,着重分析了钢材强度、混凝土强度等级变化、轴压比大小等因素对节点单调加载和低周反复加载下受力性能的影响,为该节点设计提供理论依据。     

工业与建筑固废高效利用混凝土及其工程结构防灾研究

我国工业固废与建筑拆除固废存量巨大,且固废产生量逐年增加,固废堆存造成的滑坡灾害、环境污染灾害和占用大范围场地给可持续发展带来了挑战。此外,历次大地震造成房屋倒塌也产生大量的建筑固废,如何将这些建筑固废在灾后重建中高效利用,引发国内外学者的广泛关注。目前利用这些固废制备混凝土是具有重要价值和前景的方案,采用工业固废、建筑固废、工业和建筑固废制备的混凝土被统称为固废混凝土,其中利用后两者制备的混凝土也被称为再生混凝土。固废高效利用混凝土有3层含义,即固废胶凝材料和固废骨料性能提升、高固废掺量混凝土、固废混凝土在工程结构中根据受力需求合理利用。综述了不同建筑固废和工业固废的物化特性,概述了不同固废材料对混凝土力学性能和耐久性能的影响,在归纳固废混凝土构件及结构抗震性能、抗火性能研究结果的基础上,对固废混凝土结构防灾技术研究的发展进行了展望。     

不同应力状态下混凝土碳化耐久性试验研究

旨在研究混凝土在应力和碳化共同作用下的损伤机理。试验采用无应力、拉应力、压应力3种试件进行了快速碳化试验。测量了受力在0,0.15,0.3,0.45,0.6,0.75倍拉/压设计强度下的混凝土的碳化深度。实验结果表明,拉、压应力分别加快和减缓了混凝土碳化速率,且应力越大,对混凝土碳化的影响也越大。说明应力对混凝土碳化耐久性的影响是显著的。与此同时,在考虑应力影响系数的情况下,结合使用条件建立了大气环境中应力状态下混凝土碳化深度的预测模型。通过计算值和实验值的计算对比,证明了该模型的有效性。     

基于BOTDA的PHC桩挠度分布式检测研究

针对预应力高强混凝土(PHC)管桩桩身在水平荷载作用下挠度大小和分布的检测困难,介绍了基于布里渊光时域分析技术(BOTDA)的桩身挠度检测方法;设计了管桩平推模型试验,推导出了管桩在水平荷载作用下的挠度计算公式;通过模拟和实测数据对比,分析了BOTDA用于PHC桩挠度检测的可行性与准确性,获得了PHC桩在水平荷载作用下的变形规律;结合具体工程,对该方法用于PHC桩身在水平荷载作用下挠度测量的可行性进行了验证。研究结果表明:BOTDA用于PHC桩挠度的检测与监测具有明显的优势,其分布式检测的特点,可以准确获得水平荷载对PHC桩的影响深度和挠度分布;该方法操作简便,性价比高,感测光纤耐久性好,可对桩身挠度分布进行精细化检测与监测,值得在桩基检测与监测中应用推广。