文摘
优良的抗裂性性能的钢纤维增强自应力混凝土(SFRSSC),一些复合梁的弯曲性能SFRSSC层压层进行了研究。实验进行的这项研究由一个单拱桥复合梁测试(包括3测试光束)和双跨度连续复合梁测试(包括2试验梁)。所有的测试光束丁字形的。开裂荷载、屈服荷载和极限荷载的试验梁记录和比较分析。实验结果表明,试验梁的开裂荷载SFRSSC层压层显著增加。力学分析和数值模拟进行了试验梁的和获得的结果与实验结果吻合良好。复合梁在不同工作条件下数值模拟。通过仿真,precompressive压力的合理范围和长度SFRSSC层压层的中间支承的连续复合梁。
1。介绍
作为桥梁的重要组成部分,桥面铺装能保护公路板块从直接轮磨损和主梁被雨水侵蚀和其他有害物质。此外,车辆负载分散了桥面铺装。水泥混凝土和沥青混凝土广泛用于桥面铺装,和这些具体类型可以达到标准的要求1]。当桥面铺装裂缝,桥的主梁将暴露在自然环境中,影响桥梁结构的正常使用和耐久性(2- - - - - -5]。因此,专家们从中国和其他国家进行了各种研究近年来在桥面铺装。超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC) [6- - - - - -20.),microexpansion聚丙烯纤维混凝土(21],ECC [22,23),钢纤维聚合物混凝土(24- - - - - -26),和其他特殊材料进行了介绍,并研究了桥面铺装。
钢纤维增强自应力混凝土硬化过程中(SFRSSC),自应力混凝土的扩张受到钢铁、钢纤维等约束的表面。某些化学precompressive压力产生的混凝土提高了混凝土的抗裂性。连续的具体支持地区混凝土桥容易裂缝,因为消极的时刻。鉴于SFRSSC的优良的抗裂性能,一些复合梁的弯曲性能,SFRSSC层压层,在本研究调查。实验包括单拱桥复合梁试验及双跨度连续复合梁试验。所有的测试光束t形。此外,复合梁在不同条件下的属性被数值模拟研究。不同的self-stress值和长度SFRSSC层压层考虑。结论可以为SFRSSC桥面铺装的设计提供参考。
2。材料和性能
2.1。材料
两种水泥中使用的实验中,波特兰水泥32.5 r普通混凝土(卖方C)和钢纤维混凝土(10)和硫铝酸盐水泥为SFRSSC 4.0。聚合是由石灰岩和粒子直径5毫米至20毫米和高质量的河沙。石头和沙子的级配曲线显示在图1和2,分别。在实验中使用的钢纤维类型他0.75/35。钢纤维的属性如表所示1。钢筋的屈服强度测试中使用的是335 MPa,马镫的屈服强度300 MPa。极限伸长,抗拉强度和屈服强度的钢筋直径不同,是衡量材料力学测试。6个标本检测各种强化,结果如表所示2。混凝土标本实验都是用自来水。梅花鹿ViscoCrete 3301减剂用于实验标本提高混凝土的和易性。
2.2。混凝土的性能
三种混凝土被用于实验,包括普通混凝土配筋,SFRSSC。这些三种混凝土的混合比例如表所示3。立方抗压强度(f铜),轴向抗压强度(fc)、弹性模量(Ec)和分裂抗拉强度(fts)测量各种混凝土。6个标本准备各类混凝土测试每一个属性。表4显示了测试结果。
3所示。试验研究
3.1。测试设置
测试包括两部分。第一部分是单拱桥复合t形梁测试。三个试验梁的模拟桥梁结构的力条件与SFRSSC甲板人行道上。三个试验梁的桥面铺装使用普通混凝土,配筋或SFRSSC。在第一部分,SFRSSC甲板的影响路面的抗裂性能和弯曲性能试验梁主要是调查。第二部分是一个双跨度连续复合t形梁测试。这部分包括两个试验梁,分别与普通混凝土和SFRSSC装饰。在本部分中,桥与SFRSSC桥面铺装结构模拟,及其工作性能研究。提出了试验梁的细节数据3- - - - - -7。
3.2。样品制备
基本与预拌混凝土t形梁投完钢筋网(图7)。剩余的标本在室温和覆盖湿草席28天。随后,混凝土层压层后被倒凿混凝土表面达到(数字8和9)。梁是年龄在28天(图10)。并给出了试验梁的细节表5和6。
3.3。测试程序
单拱桥复合t形梁试验,梁被装满两个集中载荷(四点弯曲方案),应用1000毫米(图的支持4)。双跨度的连续复合t形梁试验、梁与集中载荷加载应用在每一个跨度。所有的测试负载应用。实验数据记录在测试如下:开裂荷载、裂纹偏转,极限承载力,一些特殊的部分的菌株,挠度、裂缝宽度,和之间的相对滑移层压层和基本的t形梁。实验中使用的仪器及其位置如图4,7,10,11。
4所示。测试结果
4.1。单拱桥复合t形梁测试结果
以下4.4.1。裂缝发展
所有试验梁弯曲破坏。混凝土在受压区被测试光束失败(图12)。测试表明,梁CCB-1破解第一,其次是SCB-1和ZCB-1。如图13的裂纹CCB-1发展更快的比SCB-1和ZCB-1最初。然而,当测试负载达到60 kN·米,裂纹增长率SCB-1突然加速,在CCB-1和裂缝宽度接近。作为测试光束开始屈服,CCB-1裂缝宽度达到0.6毫米,而裂缝宽度的SCB-1 ZCB-1只有0.4毫米和0.2毫米,分别。发展的三个试验梁的裂缝高度在每个图所示14。如图14,试验梁的裂缝高度发达以同样的速度,迅速达到100毫米。经过短暂的高原期,CCB-1的裂缝高度和SCB-1在很短的时间内达到200毫米。而CCB-1 SCB-1, ZCB-1演示了一个缓慢的裂纹高度发展。最后,在测试前梁失败,试验梁的裂缝CCB-1, SCB-1, ZCB-1达到了相似的高度247毫米,226毫米和238毫米。
当测试梁开裂,横向裂缝宽度很小,不足以拉钢纤维。钢纤维钢筋部分孔一起紧张;因此,裂缝发展受到阻碍。ZCB-1,除了钢纤维自应力混凝土产生的预压应力也会阻碍裂纹的发展。开始测试,预压应力抵消测试负载引起的拉应力。因此,试验梁的开裂阶段被推迟;因此,提高了复合梁的开裂荷载。这裂缝延迟现象显然是如图13和14。
4.1.2。荷载位移曲线分析
试验梁的荷载位移曲线如图所示15。根据图15,每三个试验梁的荷载位移曲线包括三个阶段:弹性、屈服和破坏。开裂荷载、屈服荷载和极限荷载的每个测试光束来自图15和测试记录如表所示7。如表所示7,SFRSSC层压层的开裂载荷显著提高复合梁。与试验梁的开裂荷载CCB-1, SCB-1开裂荷载的增加了16.83%,和ZCB-1开裂荷载的增加了50.48%。
4.2。双跨度连续复合t形梁测试
4.2.1。准备荷载位移曲线分析
两个试验梁加载来模拟连续桥梁结构的抗弯性能SFRSSC桥面铺装和调查其抗弯性能。在测试期间,弯曲故障发生在所有测试(图16)。并给出了试验梁的荷载位移曲线如图17。中跨的开裂荷载、屈服荷载和中间的支持,和最终挠度展示在表8。
结果表明,开裂荷载和屈服荷载ZCB-2 CCB-2高于120%和14.05%,分别。SFRSSC层压层显著提高连续t形截面的复合梁的抗裂性。竖向荷载下位于相邻的跨度,相当消极的时刻发生在中间支承的横截面,主要导致桥的开裂。SFRSSC用于测试混凝土抗裂能力的方面表现出良好的性能,因为自己的self-chemical压力的存在。在测试开始之前,一定precompressive SFRSSC所产生的压力已经存在在ZCB-2层压层。这precompressive压力推迟混凝土开裂在中间加载启动时的支持。因此,SFRSSC层压层提高了试验梁的抗裂性。混凝土开裂后,钢纤维的存在阻碍了混凝土裂缝发展,导致屈服负荷略有改善。然而,钢纤维的使用不是一个决定性因素产生负荷,增加的并不重要。
在跨中截面,SFRSSC层压层最小影响产生的负载,如表所示8。然而,对于变形,最终挠度梁ZCB-2是53.1%高于梁CCB-2当测试失败。在试验中,试验梁的挠度被记录。如图17在初始阶段,偏转在CCB-2 ZCB-2明显小于。随着试验负荷的增加,两个测试光束的偏转差距减少。在实验的开始,precompressive SFRSSC延迟所产生的应力混凝土梁的开裂;因此,试验梁刚度的提高。因此,ZCB-2的挠度小于CCB-2在相同的负载。中间支点周围的混凝土裂缝后,precompressive SFRSSC内压力被释放了。裂缝逐渐发达。偏转ZCB-2差距和CCB-2减少的耗散precompressive压力。试验梁进入屈服阶段后,钢纤维在ZCB-2增强其刚度,导致其最终挠度明显高于CCB-2,如图17。
4.2.2。裂缝发展
每个两个测试梁的裂缝发展期间观察到的测试程序。数据18- - - - - -20.描述了裂缝宽度发展和裂缝高度开发的测试负载。数据21和22显示梁裂缝的分布ZCB-2 CCB-2,分别。裂缝的发展趋势在中间支持双跨度的连续复合t形梁类似于单拱桥复合t形梁。precompressive应力由SFRSSC延迟裂纹周围混凝土的中间的支持。因此,梁的裂缝宽度和高度发展ZCB-2落后于那些在梁CCB-2。作为测试负载增加,最大precompressive应力消散,裂缝宽度和裂缝高度的两个测试光束聚集。
5。理论分析
与数值模拟结果和实验结果作为参考,进行理论分析计算复合t形梁的开裂荷载单拱桥。
的基本假设如下:(1)复合梁的变形与平面部分假设。(2)钢筋和混凝土之间没有相对滑动的存在。(3)钢筋和混凝土的本构关系。(4)之间不存在相对滑动层压层和基本的混凝土梁。(5)每个复合梁的变形满足最小变形的假设。
根据基本假设,截单拱桥复合菌株t形梁时连续弯曲,如图23。由于precompressive SFRSSC层压层中的应力,应力在接合面(图抛锚了23)。因此,截面角( )是
两个平衡关系是明显的横截面梁包括测试
混凝土的本构关系(27)是
钢材本构关系
根据我们之前的研究(28- - - - - -30.),SFRSSC precompressive压力可以被计算 在哪里ρSFRSSC层压层的配筋率,α和CSFRSSC的参数,σrz是钢的precompressive压力造成的限制,然后呢σrz,f是precompressive压力由钢纤维的局限性造成的。
用从实验中获得的参数为公式(6),使用的SFRSSC precompressive压力测试
解决方案(2)- (5),理论的裂纹梁ZCB-1可以派生的时刻
以下理论裂纹CCB-1的时刻和渣打银行−1相同派生的方法:
6。数值模拟
6.1。建模
在这篇文章中,一个与软件ANSYS进行了数值模拟。数值模拟分析为单拱桥复合t形梁和双跨度连续复合t形梁。此外,被认为是两个额外的变量,即precompressive压力和SFRSSC层压层的长度。
Solid65元素可以用在有或没有钢筋三维实体模型。它被用于这项研究来模拟混凝土由于其能力来处理材料的非线性。空格键元素Link8是用来模拟钢筋,可以承受的时刻。在非线性分析中,一个完整的模型用于基本的混凝土梁,而一个单独的模型用于层压层的混凝土。在所有模拟梁、混凝土与钢筋之间的粘结很好,表现出缺乏。为模型,提出混凝土的本构关系Hognestad和表达(4),和五个应力-应变关系数据被选中来定义曲线模拟味噌模型。强化通常是一个细长的成员。如果忽视横向剪切力,一个复杂的应力状况将不存在。因此,在这项研究中,钢材的本构关系可以模拟双线性各向同性硬化模型(双)。试验梁的模型图所示24。
混凝土的热膨胀系数γc= 1.0×10−5(°C),初始温度是25°C。SFRSSC precompressive应力的模拟通过改变混凝土的温度。试验中的加载应用表面均匀分布载荷。使用力收敛性判据,收敛误差为5%。
6.2。单拱桥复合t形梁模拟
提出了试验梁的荷载位移曲线如图25。三个试验梁的模拟故障过程类似于在实验测试中描述的部分4.1。曲线呈现三个阶段:弹性阶段之前开裂,开裂后弹性阶段、屈服阶段。模拟的挠度值小于实验值,因为没有考虑钢筋和混凝土之间的粘结滑移的仿真分析。然而,它没有影响特征荷载值。中间节点的应力历史对试验梁的底面图所示26。曲线表明,此时压力测试负荷增加而增加。测试负载达到开裂荷载时,压力迅速下降为零,此时混凝土开裂。测试负载此刻开裂荷载,这符合负载在荷载位移曲线斜率开始改变。仿真结果为开裂载荷如表所示9。理论开裂载荷是在良好的协议与实验结果和仿真结果。
6.3。不同Precompressive压力
在实验测试中,不同的SFRSSC precompressive强调的影响没有考虑;因此,试验梁的抗弯性能不同precompressive压力模拟和分析。鉴于precompressive SFRSSC压力模拟通过改变混凝土的温度在本部分中,考虑变量气温25°C, 27°C, 29°C, 31°C, 33°C, 35°C, 37°C, 39°C。在图所示的时间历史情节27和应力云图如图28。图中给出的荷载位移曲线获得29日。每个梁的开裂荷载从图可以确定29日,变化的影响在precompressive应力开裂荷载如图30.。
图30.表明,试验梁的开裂荷载可以无限增加SFRSSC precompressive压力的增加。当precompressive应力值范围在1.5 - -2.5 MPa,复合梁的开裂荷载是最高的;此后,开裂载荷表现出一个下降的趋势。这个结果是由于开裂荷载的SFRSSC有限的钢铁和基础梁的上表面。SFRSSC precompressive应力的生成,一定的拉应力出现在周围的混凝土基础梁的上表面和增加precompressive压力增加。在实验中,当precompressive压力达到2.5 MPa,周围的混凝土基础梁的上表面破裂早于层压层,导致减少开裂荷载。
6.4。双跨度连续复合t形梁模拟
材料的性质采用双跨度连续复合t形梁的模拟表中描述的相同8。试验梁的荷载位移曲线得到的模拟显示在图中31日。图32显示节点的荷载应力曲线的顶部表面中间的支持。一定precompressive压力显然在装货前ZCB-2层压层的存在。precompressive应力显著增强ZCB-2的抗裂性。总结了开裂载荷表10。显然,理论结果和实验结果与仿真结果吻合较好。
6.5。SFRSSC层压层的长度对挠曲的影响行为
双跨度连续复合t形梁的负力矩只存在于中间的支持。因此,在这项研究中,仿真分析条件二世,也就是说,中间的SFRSSC放置只有支持区域,如图33进行的。在仿真,SFRSSC被放置在中间的支持,支持为中心。普通混凝土倒入剩余的层压层。SFRSSC的长度是1,2,3,6米。
试验梁的荷载位移曲线得到的模拟显示在图中34。图35显示节点的荷载应力曲线的顶部表面中间的支持。开裂载荷(米cr)和precompressive压力(σz0)在梁的上表面是记录和总结在表11。图34表明SFRSSC层压层的长度有最小的影响测试的最终收益的优点和长处。表11表明precompressive应力和开裂荷载降低与减少SFRSSC层压层的长度。然而,试验梁的开裂载荷时类似SFRSSC层压层的长度是6,3或2 m。考虑到物料消耗和开裂阻力,SFRSSC层压层的合理长度,如所示l在图33,是梁跨度的1/3到1/2。
7所示。结论
(1)SFRSSC显著提高双跨度连续复合t形梁的开裂荷载。虽然层压层的高度只有14%的试验梁的高度,它允许开裂荷载增加2.2倍的倾覆力矩。(2)计算混凝土复合梁的开裂荷载的方法建立SFRSSC层压层。或理论计算结果与实验结果有很好的一致性。(3)单拱桥复合t形梁的开裂荷载时可取precompressive SFRSSC范围在1.5 - -2.5 MPa的压力。(4)双跨度连续t形复合梁的合理长度SFRSSC层压层梁跨度的钾。(5)SFRSSC层压层的最小影响屈服荷载和极限荷载。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
本研究工作为中国国家自然科学基金资助(授予号。41430642,41430642,51108207)和中国博士后科学基金(批准号2015 m581403)。