总结分析了超高性能混凝土(UHPC)现有研究成果,综述了其超高性能机理、单调拉伸和循环荷载下的本构关系、低周期疲劳状态下的损伤过程及微观损伤机理等,并对未来的研究方向提出了建议。

通过改变石粉(SP)含量(0、5%、10%、15%)和再生粗骨料(RCA)取代率(0、33%、66%、100%)进行了48个棱柱体受压应力-应变全曲线试验,研究了石粉、再生粗骨料对机制砂再生混凝土轴心抗压强度、峰值应变和弹性模量的影响。基于损伤力学原理,参考已有的普通混凝土应力-应变本构关系,建立了机制砂再生混凝土单轴受压应力-应变本构方程。结果表明:理论曲线与试验数据吻合度较好。

考虑混凝土单轴受压破坏机理,在混凝土静力损伤基础上引入弹簧-摩擦块模型,以模拟混凝土弹塑性阶段的细观结构变化。基于细观模型中弹簧、摩擦块对混凝土断裂面的影响,分析了混凝土受压损伤的破坏规律,建立了不同强度等级混凝土弹塑性单轴受压损伤本构模型,采用混凝土分形曲面模拟方法对所建模型进行了验证。结果表明:所建立的模型能够较好描述混凝土的塑性变形,对混凝土弹塑性的离散范围具有良好的预测能力。

利用废弃PET塑料制备了再生PET塑料骨料(RPA),研究了RPA部分取代天然细骨料(0、10%、20%、30%、40%)对砂浆单轴受压性能的影响,并建立了掺RPA砂浆的单轴受压应力-应变本构关系。结果表明:随着RPA取代率的增加,试件的延性增加,应力-应变曲线上升段和下降段斜率逐渐降低,峰值应力和弹性模量逐渐降低;试件的峰值应变、极限应变和抗压韧性指数均随着RPA取代率的增加而增大;建立的掺RPA砂浆单轴受压本构方程计算结果与试验结果吻合较好。

为了研究利用ABAQUS软件模拟活性粉末混凝土(RPC)梁抗弯性能的适用性,基于该软件中的混凝土材料塑性损伤(CDP)模型,针对RPC不同的本构模型,采用当前几种主流的塑性损伤因子计算方法,得到了适用于RPC材料的CDP参数。结合已有的型钢-RPC梁抗弯性能试验,将RPC材料的CDP参数输入ABAQUS软件中,建立了考虑型钢与RPC之间黏结滑移的有限元模型,并将模拟得到的荷载-挠度曲线与试验实测曲线进行了对比。结果表明:在试验实测RPC材料特征值参数值以及合适的RPC本构关系及塑性损伤因子计算方法的基础上,考虑型钢与RPC之间黏结滑移的数值模拟结果与试验结果吻合较好;建议模拟时选择下降段较缓和的受压应力-应变曲线,受拉应力-应变曲线近似强化模型,采用能量损失法及Sidoroff能量等价原理计算RPC材料的CDP参数。

为了研究碳纤维高强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)在预制混凝土管片破损修复中的受力性能,以沿海某城市双线地铁盾构区间线路为项目依托,通过弯剪试验研究了破损管片经过CFRP修复后的抗剪与滑移行为。试验结果表明:随着CFRP粘贴长度的增加,承载力提高较大,整体挠度也相应增加,剥离滑移发生在CFRP与混凝土界面;随着层数的增加,承载力增加80%~100%,相对滑移下降60%~75%,抗剪能力提高180%;粘贴1层CFRP基本可满足现行规范要求。

设计了3组不同配比活性粉末混凝土(RPC)试件,研究了钢纤维对RPC试件力学性能的影响,分析了RPC抗压本构关系,并提出了新的RPC抗拉本构方程。在此基础上设计了矩形梁抗弯承载力试验,研究了钢纤维对RPC梁的延性、韧性、承载力和抗裂性能的影响。结果表明:掺钢纤维RPC梁的开裂荷载、屈服荷载及极限承载力较未掺钢纤维RPC梁均提升了20%以上,构件的裂缝宽度能够控制在0.1 mm以内。

植钢锚固技术是一种新型的加固技术,本文基于植筋技术的研究,通过混凝土锚固型钢的静力拉拔实验,得到了不同型号角钢在不同强度等级混凝土下的植钢锚固的荷载-滑移全过程曲线。试验的破坏形式有两类:型钢拉断破坏和型钢与胶的界面滑移破坏,在不同破坏形式下荷载滑移曲线为三段式。并分析了型钢混凝土界面的粘结破坏机理。提出线荷载-滑移本构关系作为植钢锚固技术的粘结滑移本构关系,该关系式可用于指导有限元计算。

通过微机控制电液伺服机(300k N)对150mm×150mm×300mm泡沫混凝土棱柱体进行了轴心单轴压缩试验,测得泡沫混凝土弹性模量、应力-应变本构关系等力学性能。在ABAQUS中建立与实验尺寸相同的泡沫混凝土棱柱体三维模型,并设置泡沫混凝土材料本构关系参数。对模型采用时间-位移的线性加载方法进行了单轴轴心压缩模拟,以验证ABAQUS中泡沫混凝土模型的正确性。通过对模型输出的荷载-时间曲线、荷载-位移曲线、应力-塑性应变曲线分析表明,设置的ABAQUS泡沫混凝土模型能较好地模拟泡沫混凝土轴心单轴压缩实验结果。

对废弃纤维再生混凝土力学性能及其单轴受压本构关系进行了试验研究。通过8组废弃纤维再生混凝土配合比试验,研究了抗压强度、弹性模量、泊松比和峰值应变随纤维长度、骨料用量和纤维掺量改变时的变化规律;采用数据拟合的方法建立了废弃纤维再生混凝土抗压强度、弹性模量、泊松比和峰值应变随纤维长度、骨料用量和纤维掺量而改变的函数关系式,并与GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》给出的单轴受压应力-应变关系曲线进行了对比。