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灌浆系列

预制构件UHPC

把UHPC当作纤维增强复合材料,正确地进行构件和结构设计。在复合材料方面,对于OPC或SFC规范来说,不能完全按照OPC或SFC规范,因为过去的OPC或SFC的参数都是在原始的OPC或中低强度HPC上进行测试,如果采用相同的本构关系,必然把UHPC人为地降格成一种高强度的脆性HPC,这不是材料问题,而是用户问题。

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随著UHPC在结构中的应用逐渐扩大,如何正确使用UHPC材料是一个关键问题,但没有正确认识到UHPC是纤维增强复合材料,简单的、机械的“拿来式”的运用,必然会带来低级的、教条的错误认识,宣传错误的认识,就是误导。我们诚邀材料工程师、结构工程师在使用UHPC前,充分考虑,充分讨论,正确、合理地使用UHPC。

01关于加强筋的问题。

一些研究者在进行UHPC构件实验时,可能会出现下列现象:

(1)构件有脆性;

(2)抗弯构件没有出现多重裂缝;

(3)抗疲劳性能没有显著提高;

(4)剪切性能不理想。

所以,这样就认为UHPC和HPC一样,甚至不如OPC好用,这就是没有正确打开UHPC的使用模式所造成的,结构设计理念仍然停留在OPC和自身经验上。

建议:

把UHPC当作纤维增强复合材料,正确地进行构件和结构设计。

尝试:

(1)不需要加肋筋:

把肋条钢筋改成钢绞线或光圈强度等级稍低的钢筋,看构件的性能有没有提高?

将受力主筋用肋钢筋、构造筋或箍筋改为低级别光圆钢筋,检查构件的性能有没有提高?

检验钢筋是否符合设计要求,不能只看材料检验报告。

(2)调整纤维参数(应预先验算,目前在这方面非常缺乏经验):

各种部件、不同截面尺寸、不同性能要求,应巧妙地选择纤维参数,不能一丝一丝都用完,但也请千万不要走回普通SFC(钢纤维砼)路。

纤维型:根据构件的受力及截面尺寸,宜不加熔抽、磨、剪、不用碳纤维及其它有机、矿物纤维等。

纤维量:根据构件的配筋与更大骨料大小来考虑,过大,过小都是浪费。

纤维径:以拉拔强化机理和局部受力预先估计为宜,再经试验确定。

纤长比:纤维太大易拉断,不会出现预想的假“塑性”;太小,则不具有抗拔作用(钉扎、桥接)。

(3)巧用钢筋网。

在复合材料方面,对于OPC或SFC规范来说,不能完全按照OPC或SFC规范,因为过去的OPC或SFC的参数都是在原始的OPC或中低强度HPC上进行测试,如果采用相同的本构关系,必然把UHPC人为地降格成一种高强度的脆性HPC,这不是材料问题,而是用户问题。

(4)注意纤维取向。

每一位工程师都有责任避免UHPC的非均质性。

UHPC的纤维取向特性必须在其它方向上有适当的限制(除非其自身性能已经满足使用要求)。

02关于使用钢纤维。

目前市场上UHPC用钢纤维基本可计算为规格,即Φ(0.18~0.2)×(13~20)mm,拉伸强度超过2000MPa的短切钢纤维,典型尺寸为Φ0.2×13mm;请注意,这是基于更大骨料粒径<2.5~5mm的国外UHPC复合材料为基础,经过长时间的试验优化,当制造不同的零件时,应作适当的调整。然而,需要注意的是:

(1)当直径不变时,试图单纯地通过增加纤维长度来增加材料或构件的“塑性”的做法是错误的。

(2)如果长度不变,试图单纯增加纤维直径,以提高材料或构件的韧性,这是一个错误。

(3)以纤维掺量来规定部件性能而不顾纤维规格的做法是错误的。

提出:考虑纤维的空间分布均匀性,考虑构件的受力特点和配筋布置,同时考虑更大集料尺寸和含量,并结合材料测试和构件测试确定纤维的规格和掺量。

03对UHPC在结构上的应用提出一些建议。

一步一步、一步、一步地进行结构调整十分重要。

重点是抗弯曲、抗冲击、抗疲劳等方面的应用,不试图通过UHPC本身的特性来提高构件的抗剪强度,但要根据抗剪设计要求进行结构抗剪,由试验具体确定。

重点是在轻、薄、长、透结构中的应用:宜避免大体积UHPC的应用。

夹层结构应用:加固、加固和新结构的发展是重点。

应用受力复杂的节点时,应避免纤维取向的各向异性。

使用预制构件时,先不要一开始就跑,否则会跌倒许多,以后一定要后悔,才能学会走路。

有机纤维和矿质纤维的应用没有得到优先重视:首先使用钢纤维,可以用好,但相关的试验研究不可停用。

复合和混杂纤维不应优先使用,除非有防火要求。在强调受力性能提高时,除非有充分的实验基础,否则不要一上来就考虑使用复合或混合纤维。

切记!

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