荷载-冻融耦合作用下充填层自密实混凝土的耐久性及损伤模型

为掌握处于冻融服役环境条件下充填层自密实混凝土(SCC)的耐久性,设计了轴压荷载-冻融耦合作用模拟试验,对比研究了SCC在冻融循环作用、荷载-冻融循环耦合作用下的质量、峰值应力、峰值应变等参数随冻融循环次数的变化规律;结合统计损伤理论,建立了相应的损伤本构模型,讨论了损伤变量与冻融循环作用次数的变化关系。结果表明:相较于单一冻融作用,1/3应力水平的轴压荷载与冻融循环耦合作用下的充填层自密实混凝土劣化速率更大,此时难以抵抗300次冻融循环作用,掺适量聚丙烯纤维或橡胶粉可较好改善其在荷载-冻融循环耦合作用下的耐久性。所建立的损伤本构模型可较好地描述荷载-冻融耦合作用后混凝土应力-应变关系,其损伤变量与冻融次数具有良好相关性。     

锈蚀后体外加固梁疲劳性能分析

针对12根由实际工程缩尺,并按不同腐蚀率进行处理后的模型梁,采用体外预应力钢绞线加固方式,分别进行静载试验和等幅疲劳试验研究,进一步了解模型梁在不同锈蚀程度下,体外预应力加固对结构疲劳性能的影响.结果显示:体外预应力钢绞线加固方式可以改善试验梁的抗腐蚀疲劳性能,有效防止严重锈蚀梁发生脆性破坏,使锈蚀梁的疲劳寿命得到明显提高;随着锈蚀程度的不断增加,体外预应力加固对构件的承载力和抗弯刚度的提高幅度不断增大;通过引入锈蚀与疲劳作用的刚度修正系数,提出了疲劳荷载作用下,锈蚀后混凝土梁经过体外预应力加固的跨中挠度计算公式,为实际工程的应用提供参考.     

结合均匀化理论对钢纤维混凝土梁的疲劳性能分析

钢纤维混凝土(SFRC)在工程中应用日益广泛,为了探究其疲劳破坏现象内在机理,本文结合Mori-Tanaka均匀化理论预测了不同体积掺量下钢纤维混凝土的弹性模量,并以此为基础建立钢纤维混凝土梁四点弯曲有限元模型,采用Miner疲劳损伤准则,分别进行了静力抗弯试验和疲劳试验的数值模拟。模拟结果与相关试验结果拟合较好,验证了模型的可靠性。利用疲劳分析软件,预测了钢纤维混凝土梁的疲劳寿命和疲劳强度,分析了纤维掺量、尺寸效应和纤维长度对疲劳寿命的影响。结果表明:钢纤维可以大幅提高混凝土梁的疲劳寿命,应力水平越低、纤维掺量越大,增幅越大;尺寸效应对疲劳强度和疲劳寿命有一定影响,但随着构件尺寸增加对疲劳性能影响减小;纤维长度越长,梁的抗疲劳性能越好。     

天然浮石混凝土冻融损伤及寿命预测模型

内蒙古地区天然浮石资源丰富,可作为粗骨料制作轻质混凝土。为了研究天然浮石混凝土冻融损伤规律,配制了五种配合比的试件进行快速冻融试验。通过天然浮石混凝土相对动弹性模量和质量损失变化规律,分析了浮石骨料对混凝土抗冻性的影响。基于静水压力理论和疲劳损伤理论,推导出天然浮石混凝土的材料系数,进而建立了冻融损伤模型和寿命预测模型,并作为实例,考察了内蒙古巴彦淖尔市冬季低温环境下的天然浮石混凝土寿命。结果表明:浮石骨料能减小混凝土静水压力,提高抗冻性;天然浮石混凝土相对动弹性模量计算值与试验值吻合较好;五组天然浮石混凝土寿命预测值分别达到65 a、84 a、112 a、131 a和50 a,满足安全性运行年限。     

青藏高原地区纤维混凝土抗冻耐久性试验与损伤模型研究

为研究青藏高原环境条件下不同纤维混凝土的抗冻耐久性及冻融损伤演化规律，本研究依托西藏那曲地区某混凝土道路工程，对普通纤维混凝土(NC)、冲磨纤维混凝土(CM)以及膨胀纤维混凝土(PZ)进行了冻融循环试验和相关力学测试，在试验研究的基础上，提出了适用于高原低气压环境下的冻融损伤模型。研究结果表明，从冻融循环试验结果来看，冲磨纤维混凝土(CM)抗冻耐久性最佳，三种纤维混凝土抗冻耐久性排序为CM>NC>PZ。针对本文建立的冻融损伤模型和基于该模型的抗折强度预测方程，采用青藏高原地区某高速工程项目的高寒引气混凝土测试数据进行了验证，冻融后的抗折强度试验值与预测值变化趋势相近且基本吻合。因此，本文建立的青藏高原抗折强度冻融损伤模型是合理且可行的。     

应力损伤轻骨料混凝土抗冻融性能

通过反复加载对浮石轻骨料混凝土预制初始应力损伤,采用"快冻法",以相对动弹性模量和质量损失率为评价指标,研究损伤度分别为0、0.05、0.12、0.19、0.27的轻骨料混凝土抗冻融性能。借助扫描电子显微镜分析冻融后应力损伤轻骨料混凝土的微结构特征,探讨初始应力损伤对轻骨料混凝土抗冻融性能的影响机理。最后,通过对轻骨料混凝土冻融损伤演化过程的分析,以Loland混凝土损伤模型为基础建立包含初始应力损伤和冻融损伤的轻骨料混凝土力学损伤演化方程。结果表明:初始应力损伤的存在会加速轻骨料混凝土冻融损伤的发展,且初始应力损伤越大,冻融损伤越严重;力学损伤演化方程拟合值和试验值吻合良好,可为灾变后轻骨料混凝土的抗冻融性能预测及维护加固提供理论依据。     

不同类型沥青混凝土冻融疲劳性能研究

冬季突遇雨雪天气,在水分和温度的影响与作用下,沥青混凝土路面易产生冻融损害,但目前这方面的研究还很少.因此,根据华东地区的冬季气温,采用间接拉伸疲劳试验研究冻融循环对不同类型沥青混凝土疲劳性能的影响.试验结果表明:在相同的冻融温度和冻融次数下,SBS改性沥青混凝土疲劳寿命高于AH-70号基质沥青混凝土,随着冻融次数的增加,它们的疲劳寿命明显下降,SBS改性沥青混凝土疲劳寿命降低速度低于AH-70号基质沥青混凝土.通过对冻融条件下不同类型沥青混凝土疲劳性能的研究,为提高沥青路面耐久性提供理论依据.     

预应力道面混凝土的弯拉与疲劳特性

为解决机场道面达到设计寿命前发生疲劳破坏的问题,提出将预应力混凝土技术应用于机场道面工程.采用后张法对机场道面混凝土小梁施加预应力,设计三分点弯曲加载方案对96根混凝土小梁进行弯曲、抗折和疲劳试验.结果表明:施加预应力后,竖向荷载作用下小梁的挠度减小了2.99％～5.56％,拉应力数值及拉应力区显著减小;抗折强度提高了11.26％～59.42％,裂缝数量和宽度都明显减小;平均疲劳寿命增大了3.18～5.99倍,且随预应力的增大而增大,预应力混凝土弯曲疲劳寿命服从双参数Weibull分布,相关系数达到0.95以上.基于Weibull分布建立了反映应力水平S和疲劳寿命N关系的双对数疲劳方程.     

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

冻融与硫酸盐侵蚀耦合作用下再生混凝土劣化规律

采用快冻法,对再生骨料取代率为30％的混凝土分别在3％Na2SO4,5％Na2SO4,10％Na2SO4(质量分数)溶液以及水中的冻融情况进行试验,试验过程中测试了再生混凝土质量变化、相对动弹性模量、抗压强度损失及损伤层厚度,分析了再生混凝土在冻融与Na2SO4溶液耦合作用下的损伤机理,建立了再生混凝土的冻融损伤模型,利用模型预测了再生混凝土的抗冻寿命.结果表明:再生混凝土在5％Na2SO4溶液中冻融损伤最严重;再生混凝土在10％Na2SO4溶液中的冻融损伤大于在3％Na2SO4溶液和水中的冻融损伤;再生混凝土的相对动弹性模量变化和损伤层厚度的变化相关,可以利用相对动弹性模量表示再生混凝土的内部损伤;曲线模型可以较好表征再生混凝土在硫酸盐环境下的冻融损伤,在5％Na2SO4溶液中,再生混凝土的抗冻寿命最差.     

高寒高海拔地区玄武岩纤维沥青混凝土损伤自愈合性能分析

为探究玄武岩纤维沥青混凝土在不同损伤程度及冻融循环、紫外辐射老化作用下的损伤自愈合性能,利用四点弯曲疲劳试验及扫描电子显微镜从宏、微观角度进行分析。通过对比分析试件愈合前后疲劳损伤速率v_D及累计耗散能ECD分别得到相应的愈合系数R_HI,结果表明:玄武岩纤维能提高普通基质沥青混凝土的损伤自愈合性能,其损伤愈合系数最大值为96％;在相同环境因素中,试件的损伤程度与愈合系数成反比;在相同的损伤程度下,冻融循环对试件的愈合性能影响最大,损伤愈合系数下降幅度最高达到4％;利用累计耗散能作为评价指标,可以更精确地表征沥青混凝土的损害自愈合性能。通过扫描电镜图像分析,从微观上解释了玄武岩纤维对于沥青混凝土紫外辐射老化及冻融作用前后自愈合性能的影响机理。     

钢纤维对钢筋混凝土梁弯曲韧性与疲劳损伤的影响

通过钢筋混凝土梁弯曲静载和等幅疲劳试验,研究了钢纤维对钢筋混凝土梁挠度、弯曲韧度、刚度以及刚度损伤累积的影响.结果表明:在弯曲静载试验中,梁的挠度随着钢纤维体积率的增加而逐渐减小,弯曲韧度逐渐增大;在疲劳试验中,各梁挠度增长和刚度损伤累积随着荷载循环次数增加均呈现三阶段变化规律,说明钢纤维掺入不会改变钢筋混凝土梁疲劳损伤发展规律,但会改变梁挠度和刚度的大小,随着纤维掺量增加,梁的挠度逐渐减小,刚度逐渐增加,抵抗变形能力增强.     

芳纶纤维加固钢筋混凝土梁抗弯疲劳性能试验研究

本文采用芳纶纤维加固钢筋混凝土梁进行室内疲劳试验,分析了混凝土和钢筋的应变滞回变化规律及加固构件刚度随循环次数的衰减变化规律.试验表明采用芳纶纤维进行加固后,梁的疲劳抗裂性能得到极大改善,有效地延长了损伤混凝土结构的使用寿命,验证了芳纶纤维用于加固承受疲劳荷载结构的可靠性.     

疲劳/蠕变交互作用下塑木复合材料的断裂损伤

塑木复合材料在动态载荷作用下，其断裂损伤并非纯疲劳或纯蠕变作用的结果。利用交变载荷的试验方法，研究了在疲劳／蠕变交互作用下塑木复合材料的断裂损伤行为。结果表明，在交变载荷为破坏载荷的80％和60％时，其疲劳／蠕变断裂曲线为三段式曲线，即瞬时弹性变形阶段、延迟弹性变形阶段和加速断裂阶段；在交变载荷为破坏载荷的40％时，38h内其疲劳／蠕变曲线为两段式曲线。随着最大载荷保持时间的增加，塑木复合材料进入延迟弹性变形阶段越晚，弯曲挠度增加越快，断裂寿命降低。     

Fatigue enhancement of concrete beam with ECC layer

The pseudo strain-hardening behavior of Engineered Cementitious Composites (ECC) is a desirable characteristic for it to replace concrete to suppress brittle failure. This widespread use of ECC in the industry is, however, limited by its high cost. To achieve higher performance/cost, ECC can be strategically applied in parts of a structure that is under relatively high stress and strain. In this paper, layered ECC-concrete beams subjected to static and fatigue flexural loads were investigated by experiments. The static test results showed that the application of a layer of ECC on the tensile side of a flexural beam increased its flexural strength and the degree of improvement increased with the thickness of ECC applied. In addition, the layer of ECC enhanced the ductility of the beam and the failure mode changed from brittle to ductile. Under four-point cyclic loading, the ECC layer significantly improved the fatigue life of the beam. Moreover, in comparison to plain concrete beams, layered ECC beams could sustain fatigue loading at a larger deflection without failure. The great improvement in fatigue performance was attributed to the effectiveness of ECC in controlling the growth of small cracks. The experimental findings reflect the feasibility of using ECC strategically in critical locations for the control of fatigue crack growth.     

An investigation into the crack initiation and propagation behaviour of bonded single-lap joints using backface strain

In this paper, the backface strain (BFS) measurement technique is used to characterise fatigue damage in single-lap adhesive joints subjected to constant amplitude fatigue loading. Different regions in the BFS plots are correlated with damage in the joints through microscopic characterisation of damage and cracking in partially fatigued joints and comparison with 3D finite element analysis (FEA) of various crack growth scenarios. Crack initiation domination was found at lower fatigue loads whereas crack propagation dominated at higher fatigue loads. Using the BFS and fatigue life measurement results, a simple predictive model is proposed which divides the fatigue lifetime into different regions depending upon the fatigue load. The model can be used with experimental BFS measurements to determine the residual life of the joint in different regions of damage progression during the fatigue life.     

自养护路面混凝土抗盐冻性能及疲劳特性

为有效增强路面混凝土耐久性能,基于盐冻试验、盐冻前后的断裂性能试验及弯拉荷载疲劳试验,探索了高吸水性聚合物(SAP)自养护路面混凝土抗盐冻性能及疲劳特性随SAP掺量、粒径的变化规律,并结合自养护水泥浆体孔隙参数、微观形貌及骨料-水泥石界面过渡区(ITZ)特征,揭示了性能影响机理。结果表明:小粒径SAP形成的残留孔洞能有效释放拉应力,降低结冰点,细化孔结构,从而增强路面混凝土抗盐冻性能;当SAP粒径为100目(150 μm),掺量为0.145%(质量分数)时,路面混凝土在冻融30次时的断裂韧度损失率、断裂能损失率分别比基准组降低了25.25%、10.51%;小粒径SAP对疲劳寿命的提升程度随应力水平的提高而增大,当应力水平为0.80时,自养护组的疲劳寿命相比基准组提升了2.65倍;SAP能够有效提升水泥混凝土结构内部密实度,吸持ITZ区域部分水分,增强水泥石和骨料之间的粘结性,从而改善混凝土抗盐冻性能和疲劳特性。