工程水泥基复合材料受压性能及应力-应变关系研究

通过对5组工程水泥基复合材料(ECC)棱柱体试件及1组水泥砂浆基体试件进行单轴受压试验,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体抗压性能的影响规律以及ECC受压应力-应变全曲线特性。试验结果表明:PVA纤维体积掺量的变化对ECC棱柱体抗压强度影响不大; ECC棱柱体抗压强度随着水胶比降低而增大; ECC棱柱体弹性模量随其抗压强度提高而逐渐增大; PVA纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体泊松比影响不大,且试验得到ECC棱柱体泊松比平均值为0. 27。根据对ECC受压应力-应变试验全曲线进行特征分析,提出ECC轴心受压应力-应变关系模型,并将模型与试验结果对比,验证该模型的准确性。     

HPFRCC常规三轴受压强度和变形特性

通过常规三轴受压强度和变形特性试验,研究了围压以及PVA纤维掺量对高性能PVA纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)受压性能的影响.结果表明:随着围压的增加,HPFRCC的轴向极限抗压强度以及峰值应变均显著提高;PVA纤维掺量对HPFRCC抗压强度的影响较小,在低围压受力状态下使用PVA纤维增强HPFRCC要比在高围压受力状态下更能发挥纤维的增强阻裂作用,而且PVA纤维掺量对应力-应变曲线下降段也有一定影响.根据试验数据建立了HPFRCC的轴向极限抗压强度、轴向峰值应变与围压之间的关系.     

超高韧性水泥基复合材料受压性能试验研究

通过对同批次2组圆柱体试件（每组3个）、2组立方体试件（每组3个）进行单轴受压试验,研究龄期、试件类型和纤维类型等因素对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）受压性能的影响,得到UHTCC的轴压应力 应变全曲线及不同类型试件的受压性能规律。结果表明：28 d龄期的圆柱体试件受压时,峰值应变约为0.015,明显高于普通混凝土峰值应变（0.002）;极限压应变为0.034,约为普通混凝土的10倍;7d龄期试件的轴压应力 应变全曲线在应力达到峰值后表现出明显的缓慢下降过程,说明此时UHTCC具有良好的压缩韧性;随着龄期的增长,UHTCC抗压强度提高,但变形能力有所下降;掺入普通高强高模PVA纤维制作的试件抗压强度较高,但变形性能低于K-ⅡREC15型PVA纤维制作的试件;龄期相同时,立方体试件的抗压强度高于圆柱体试件,说明试件尺寸与形状对抗压强度影响较大。     

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料单轴受压强度与变形特性分析

通过对不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、水胶比、砂胶比的工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)进行单轴受压性能试验,测得了其抗压强度及单轴受压应力-应变全曲线,主要分析PVA-ECC的破坏形态、受压性能及试件尺寸、加载速率对PVA-ECC立方体抗压强度的影响。结果表明:随着PVA纤维体积掺量的增加,PVA-ECC的抗压强度、峰值应变及极限应变均明显增大,试件塑性变形能力也越好;水胶比增大,PVA-ECC的抗压强度降低,但试件达到峰值后延性增加;砂胶比为0.36时,PVA-ECC的抗压强度和压缩韧性最大。PVA-ECC的立方体抗压强度存在尺寸效应:f100cu∶f70.7cu∶f40cu=0.93∶1∶1.15;加载速率越大,PVA-ECC的立方体抗压强度越高,且对于不同强度的PVA-ECC,加载速率的影响趋势相同。根据试验结果得出立方体抗压强度、峰值应变与纤维体积掺量的关系、轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系。     

ECC圆柱体轴心受压性能试验研究

考虑聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维含量、水胶比、砂胶比对工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)圆柱体轴心受压性能的影响,设计制作8组不同配合比的ECC圆柱体进行试验,并与砂浆基体试件的试验结果进行对比。探究了在砂浆基体中掺入PVA纤维对其圆柱体轴心受压破坏机制的影响;分析了PVA纤维掺量、水胶比和砂胶比对ECC轴心抗压强度、弹性模量、泊松比和抗压韧性的影响规律。基于试验结果,绘制ECC圆柱体试件轴心受压典型应力-应变曲线,对曲线进行分析,并给出ECC圆柱体泊松比的建议取值。     

带约束拉杆方钢管/竹胶合板组合柱轴压蠕变性能

对4根带约束拉杆薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱(SBCCB)试件进行轴压蠕变试验以及蠕变后二次轴压破坏试验,考察试件的轴压蠕变特点、蠕变后受压破坏形态,并分析长期承载对SBCCB试件轴压极限承载力的影响.结果表明:SBCCB试件的轴压蠕变应变随试件长细比的增大而减小、随轴压应力水平增加而增加;不同长细比试件的蠕变应变-时间曲线均包含瞬态蠕变阶段和稳态蠕变阶段,温湿度变化对其局部蠕变有影响;蠕变对试件的轴压承载力、轴向及侧向变形能力有较大影响;基于流变力学理论的Burgers计算模型可较好地预测SBCCB试件的蠕变应变发展.     

三轴应力下卵石混凝土力学性能与本构关系

为研究卵石混凝土的三轴受压力学性能,进行了27个卵石混凝土试件的常规三轴试验,观察了试件的破坏形态,获取了其应力-应变全过程曲线及特征点参数,深入分析了围压对卵石混凝土力学性能的影响.结果 表明:随着围压的增大,卵石混凝土试件破坏形态先由轴向劈裂破坏转变为斜向剪切破坏,再转变为横向剪切破坏;围压越大,峰值应力、峰值应变...     

不同骨料来源再生混凝土常规三轴受压性能研究

为了研究三轴应力状态下不同骨料来源再生混凝土的力学性能,以再生粗骨料来源、侧向围压值为变化参数,设计12个圆柱体试件进行常规三轴试验研究。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了试件应力-应变全过程曲线及峰值应力、峰值应变、弹性模量等特征参数,并深入分析了三轴受压下再生混凝土耗能能力、做功、延性性能。研究结果表明:单轴受压时,再生混凝土为纵向劈裂破坏,三轴受压下,为斜向剪切破坏;增大侧向围压值,可有效提高再生混凝土的初始刚度、峰值应力和峰值应变;再生粗骨料的来源对再生混凝土的耗能能力、延性性能有一定的影响,耗能能力、延性性能随着围压值的增大而提高。研究结果为再生混凝土的进一步科学研究和推广应用提供参考。     

高性能混凝土三向受压力学性能试验研究

设计了60个不同围压及混凝土强度的高性能混凝土圆柱体试样进行常规三轴受压试验,以研究其在三向应力下的力学性能。结果表明：试件在单、三向受压状态下分别发生纵向劈裂、斜向剪切破坏;试样应力-应变曲线可分为：弹性上升段、塑性上升段、软化下降段。其中,软化下降段比单轴受压状态更平滑,表明延性更高;随着侧向压力的增加,试件弹性模量、峰值应力及峰值应变均显著增大;最后由最小二乘法建立了侧向压力关于峰值应力、峰值应变的计算式。     

掺纳米二氧化硅的RPC单轴受压力学性能

为研究不同骨料、纳米二氧化硅和钢纤维掺量对活性粉末混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量、横向变形系数等基本力学件能参数及应力应变关系的影响规律,在MTS试验机上对活性粉末混凝土棱柱体试件进行了单轴受压试验.试验结果表明:纳米二氧化硅的掺入可有效地提高活性粉末混凝土的抗压强度和峰值应变,在0.16水胶比下其轴心抗压强度可达172 MPa;标准砂对活性粉末混凝土抗压强度及变形能力的贡献比普通河砂大;在较小水胶比条件下,钢纤维掺量的增加反而会降低活性粉末混凝土的抗压强度,但对峰值应变的提高有一定贡献.     

珊瑚海水混凝土三轴受压力学性能试验研究

为研究珊瑚海水混凝土的三轴受压力学性能,对24个试件进行常规三轴试验。试验观察了试件的破坏形态,获取其受力破坏全过程的应力-应变曲线。结果表明：随着围压值增大,其破坏形态由竖向劈裂转为斜向剪切和横向断裂;应力-应变曲线上升段斜率增大、峰值点提高、峰点后下降段平缓,其相应峰值应力、峰值应变、弹性模量、耗能均增大,而延性系数则先增后降且最终稳定;侧向围压能延缓初始损伤出现,降低损伤发展速率和程度。     

FRP约束ECC的轴压性能试验与理论研究

为了研究纤维增强聚合物(FRP)约束高韧性水泥基复合材料(ECC)轴压性能,进行了33个FRP约束和3个未约束ECC圆柱的轴压试验,测定了应力-应变曲线,分析了纤维布种类和层数对约束圆柱轴压性能的影响。结果表明:FRP约束能有效提高ECC的强度和极限应变;影响约束ECC抗压强度的主要因素是约束比;影响极限应变的主要因素是约束比和约束刚度。基于试验结果,提出了强度和极限应变的预测公式,其预测精度较高;对Samaan模型中的f_0和E_2进行了修正,改进后的模型能更精确地预测FRP约束ECC的应力-应变关系。     

基于混凝土三轴破坏准则下FRP约束矩形柱的应力—应变模型

FRP约束矩形截面混凝土柱体在轴心荷载作用下可近似看作为真三轴受压状态,随着侧向应力比的不同,约束效果也不同.根据矩形截面的长宽比、拐角处的圆角半径、外包FRP相关参数来确定侧向约束应力比和大小,基于混凝土的三轴受压试验破坏准则计算极限抗压强度.对FRP约束矩形截面柱峰值应力点处的峰值应变,根据国内外试验数据进行回归分析.给出FRP约束下无下降段曲线的应力-应变计算新模型,与相关试验数据结果进行比较,吻合较好.最后,对FRP约束矩形断面的长宽比、拐角半径的大小以及FRP的包裹层数的影响权重进行比较.     

硫酸盐干湿循环下ECC的轴压力学行为

针对干湿循环作用下高延性水泥基材料(ECC)的硫酸盐侵蚀问题,开展了不同侵蚀周期下ECC小尺寸圆柱体试件的单轴压缩试验,从轴压应力-应变曲线、轴压强度、峰值应变、弹性模量和泊松比等多重力学指标的角度研究了受蚀ECC的轴压力学行为.结果表明:侵蚀初期的材料峰值轴向应变逐渐提高,侵蚀后期小幅降低,而径向应变呈先减小后增大趋势;硫酸盐干湿循环作用不会对ECC压应力-应变曲线的初始线性段产生影响,而对曲线的非线性上升段和应力下降段影响显著;随侵蚀周期延长,ECC抗压强度大幅提高,但基材强度未见明显增长;应力下降段中,受侵蚀ECC的应力陡降特征明显区别于侵蚀前ECC的平缓下降;在本文研究的周期范围内,未见硫酸盐侵蚀对ECC弹性模量和泊松比的劣化作用.     

三轴应力下塑性混凝土应力应变关系试验研究

通过4组塑性混凝土的单轴和常规三轴压缩应力应变全曲线试验,研究了三轴应力下塑性混凝土应力应变关系.结果表明：在围压作用下,塑性混凝土轴向应力应变曲线与单轴压缩下的曲线差别明显,主要表现为直线上升段很短,曲线上升段较长,无明显峰值点,下降段较平缓.利用割线模量表征塑性混凝土三轴应力下应力应变曲线上升段的主要变形特征,分析了影响割线模量的主要因素,建立了割线模量与围压、单轴抗压强度和弹性模量之间的关系式.研究了塑性混凝土三轴应力下峰值应变随围压、单轴应力下抗压强度及峰值应变的变化规律,并建立了相应的关系式.全面分析了塑性混凝土单轴及三轴作用下应力应变曲线特征,通过归一化处理后,拟合出常规三轴应力下塑性混凝土轴向应力应变关系式.     

真三轴应力下塑性混凝土的变形与强度

通过侧压恒定和侧向位移近似恒定的2类真三轴压缩试验,研究了三向应力下塑性混凝土的变形、破坏和强度.在侧压恒定的真三轴试验条件下,塑性混凝土侧压从0至设定值过程中产生了压缩变形,此后,侧向应力和应变均保持稳定,侧向由压缩变形转变为膨胀变形,但侧向应力大小稳定,塑性混凝土强度与侧向应力大小密切相关;在侧向位移近似恒定的真三轴试验条件下,侧压随着轴压增加而增大,强度可达单轴强度9倍以上.塑性混凝土在真三轴压缩作用下的变形过程为:在轴向应力-应变曲线上,轴向压缩初期至直线上升段,侧向在侧压作用下产生变形,约束阻止了膨胀变形的过早出现,延迟了膨胀变形的产生,提高了最大体积压缩值,增强了试件的抗裂性能,提高了轴向抗压缩变形能力,增大了强度;当轴向压缩达到一定程度时,侧向变形由压缩转变为膨胀,体积很快压缩至最小,抗压强度也很快达到峰值;之后,轴向变形加速发展,膨胀变形由于侧向约束而发展较慢,轴向应力缓慢下降.在单轴作用下,峰值后轴向压缩加速发展,膨胀变形由于无约束而快速发展,轴向应力快速下降.     

碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压性能研究

对碳纤维布约束的混凝土柱(从方形截面逐步过渡至圆形截面)进行了轴压性能试验。试验研究了碳纤维布约束混凝土柱的破坏形态及轴压应力与轴向、横向应变之间的变化曲线,确定了碳纤维布的有效应变系数。探讨了FRP材料约束混凝土矩形柱的侧向约束机理;提出了新的有效约束面积模型及侧向约束压力计算公式。基于现有试验研究成果,建立了碳纤维布约束混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变计算模型。针对碳纤维布充足约束混凝土矩形柱的应力-应变反应,提出了双线性理论模型,理论计算曲线与试验曲线基本吻合。     

双轴受压状态下混凝土动态抗压特性试验研究

由于多轴试验装置的高技术性,混凝土在复杂应力状态下的动力研究相对偏少。为研究双轴受压状态下混凝土的动态抗压特性,采用真三轴静动综合加载试验系统,进行了5种双轴受压状态下混凝土立方体试件的冲击压缩试验,分别从应力—应变曲线特征、强度特性和变形特性等方面分析双轴受压状态对混凝土动力响应的影响规律。结果表明:双轴受压状态下,混凝土承受冲击荷载时呈现典型的脆性破坏,应力-应变曲线初期无明显压实挤密阶段;主轴压比一定时,随单侧压比的增大,混凝土的动态抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,峰值应变和平均应变率皆呈现出先减小后增大的趋势;双轴受压对混凝土有加固约束作用,因而提高了其动态抗压强度和抗变形能力,主轴压比:单侧压比为0.4:0.4时作用效果最佳。     

箍筋约束ECC矩形截面短柱轴心受压试验研究

通过箍筋约束ECC矩形截面短柱的轴心受压试验,研究了箍筋约束作用对ECC应力-应变曲线的影响。研究结果表明:接近峰值荷载前,箍筋应变增长较快,试件达到峰值荷载时箍筋均已屈服,约束效果明显;体积配箍率较高、箍筋间距与直径较小及截面高宽比较小的ECC试件,箍筋的约束效果好,试件破坏后整体性较好;箍筋约束作用对ECC峰值应力与峰值应变的提高幅度不大,但约束ECC应力-应变曲线的下降段更为平缓,试件延性明显改善。     

短龄期再生混凝土三轴受压力学性能及其本构关系

为研究短龄期再生混凝土的三轴受压力学性能,以龄期和围压值为变量,设计了14个圆柱体再生混凝土试件进行三轴受压试验,观察其破坏形态,获取应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变以及弹性模量等数据.基于试验数据分析了龄期和围压值对再生混凝土三轴受压力学性能的影响规律,建立了短龄期再生混凝土三轴受压的峰值应力、峰值应变和弹性模量的计算公式,并建立了再生混凝土三轴受压状态下的应力-应变本构方程.结果表明:短龄期再生混凝土的峰值应变、弹性模量受龄期影响较大,随着龄期的延长,峰值应变减小,而弹性模量却显著增大;围压值对再生混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量均有显著影响.采用CEB-FIP(1990)规范中方法计算的再生混凝土三轴抗压强度值与实测值吻合较好.