不同强度等级混凝土遭受超低温冻融循环作用的受压强度试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土经历0次、16次和30次温度区间分别为15℃~-120℃和15℃~-190℃的冻融循环作用试验,探讨不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下受压强度变化规律。试验结果表明,不同强度等级混凝土试件上下限温度时加载的破坏形态基本上类似、均大致呈对顶锥状,但其破坏面状况等破坏特征有所不同。经历各种超低温冻融循环作用工况混凝土上、下限温度时的相对受压强度随其含水率增加基本上均呈下降趋势。而随强度等级提高,上限温度时混凝土相对受压强度呈增大态势,但各强度等级混凝土均随冻融循环作用次数的增加呈下降趋势;下限温度时不同超低温温度区间的混凝土相对受压强度虽也基本上有所增大,但增大的原因存在明显的差异。给定的超低温冻融作用温度区间工况下各强度等级混凝土下限温度时相对受压强度随冻融循环作用次数增加的变化趋势相似,但不同温度区间时却不同。超低温冻融作用对混凝土性能影响与常规冻融作用不同,其受压强度恶化更为严重。实际工程中不能直接地将常规冻融循环作用研究结果应用于设计具有超低温冻融作用的混凝土结构。     

常温及-30℃至-120℃间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究

通过常温及-30℃至-120℃间冻融循环作用混凝土的试验,得到混凝土超低温冻融循环下受压强度的变化规律。结果表明,经历冻融循环作用的混凝土破坏形态基本同常温,但冻融循环上限温度时不再呈对顶棱锥状;冻融循环作用导致的混凝土受压强度恶化主要集中于初期,随冻融循环次数继续增加则影响较小;冻融循环作用上下限温度时的混凝土受压强度变化规律相似,不同冻融循环工况下混凝土受压强度在冻融循环开始时相似,但随后有所不同。     

不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下的变形性能试验研究

通过试验探讨设计强度等级分别为C40、C50及C60混凝土经历超低温冻融循环作用的受压峰值应变、受压应力应变曲线和热变形等变形性能。其作用的超低温温度区间为15—-120℃和15—-190℃,冻融次数分别取0次、16次和30次。结果表明,不同强度等级混凝土的相对受压峰值应变上限温度时随冻融循环作用次数增加变化不大,下限温度时则随冻融循环作用次数增加基本上呈现不断地减小趋势。而相对受压应力应变曲线上下限温度时相近、均呈现出先内凹后外凸的性态,且随强度等级的提高这种性态更为明显;经历超低温冻融循环作用混凝土的热变形较为复杂,但其热膨胀系数随冻融循环作用次数的增加呈现出先逐渐地增大后近于恒定的变化趋势。所获得的试验结果及其相应的拟合公式可为超低温混凝土结构的设计计算分析提供依据。     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究

通过混凝土经历3种温度区间（10~℃-40℃、10~℃-80℃和10~℃-160℃）的冻融循环作用试验,探讨不同的超低温温度作用区间对混凝土受压强度的影响。结果表明:经历不同超低温温度区间各种冻融循环作用次数的试件,上下限温度时加载的破坏形态虽基本上呈对顶锥状,但其破坏过程声响和破坏状况等不尽相同;经历超低温冻融循环作用混凝土的受压强度变化规律明显不同于遭受自然环境温度下冻融作用,各超低温温度区间的冻融循环作用影响也不同。下限温度较高温度区间的冻融循环作用初期,混凝土受压强度将提高,但之后随冻融循环作用次数的增加呈波动状的恶化态势;不同超低温温度区间的混凝土单次冻融循环作用损伤指标和累积冻融循环作用损伤指标存在明显的差异。对于下限温度较高的温度区间,下限温度时它们经历较多次冻融循环作用后仍为正值,而下限温度较低的温度区间则经历数次冻融循环作用后便始终为负值,表明混凝土累积损伤较前者严重。这些结果可为可靠地进行液化天然气储罐类混凝土结构设计提供参考。     

不同强度等级混凝土-190℃时受压强度性能试验研究

通过5种配合比混凝土的试验,探究了不同强度等级混凝土-190℃超低温下的受压强度性能。结果表明,-190℃时混凝土受压的宏观试验现象较常温明显地不同。破坏时脆性均显著,但破坏形态却基本相同。所有试件混凝土-190℃时的受压强度均显著地提高,但混凝土的强度等级对其影响较大,并且还取决于混凝土的含水率。该次试验的C30和C40混凝土-190℃时受压强度较常温可分别增幅达40%和65%,提高其含水率后竟与C50和C60混凝土增幅相近、达90%以上。根据该次试验结果与已有研究结果给出的不同强度等级混凝土-190℃时受压强度的计算模型,可用于LNG储罐等混凝土结构的设计和安全评估。     

不同含水率混凝土遭受常温至-190℃间冻融循环作用的抗压强度试验研究

通过不同含水率混凝土的常温至-190℃间冻融循环作用试验,探讨混凝土含水率对其超低温冻融循环作用下的受力性能影响。结果表明,不同含水率混凝土的受力性能存在明显差异。经历超低温冻融循环作用的混凝土抗压强度随其含水率的增大,上下限温度时均逐渐提高。但随冻融循环作用次数的增加,上限温度时总是呈减小态势,而下限温度时则与之完全不同、且与混凝土含水率密切相关。其超低温相对抗压强度增量随混凝土含水率的变化趋势,与未经历冻融循环作用时相同但相比均较大。依据试验与已有的研究结果,给出的经历超低温冻融循环作用的混凝土相对抗压强度增量拟合公式可用于液化天然气储罐类的超低温混凝土结构设计。     

高温后圆钢管再生混凝土界面黏结滑移性能及本构方程研究

为了揭示高温作用后钢管再生混凝土的界面黏结性能,以试件的最高经历温度(T)、再生粗骨料取代率(γ)为变化参数,设计并完成了20个高温后试件的静力推出试验。通过试验观察了试件的受力破坏过程及形态,获取了试件加载端和自由端的荷载滑移曲线,分析了各变化参数对界面黏结性能及黏结损伤演变过程的影响规律,并提出了高温后钢管再生混凝土的界面黏结强度计算方法及黏结滑移本构方程。结果表明:荷载-滑移曲线的形态可以分为T≤400 ℃和T=600 ℃两类,加载端和自由端的曲线形态相似但加载端的初始滑移发生得相对较早;界面黏结性能整体上与钢管普通混凝土相差不大(各取代率下性能差值的均值在11%以内);界面黏结强度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先减小后增大的变化趋势;随着经历温度的升高,界面黏结抗剪刚度先减小后增大再减小,界面黏结耗能能力则逐渐增大;随着再生粗骨料取代率的升高,界面黏结抗剪刚度和耗能能力均呈现先增大后减小再增大的变化趋势;界面黏结损伤发生的早晚随经历温度的升高呈现先提早而后变晚的变化规律,而再生粗骨料取代率对其影响不大;界面黏结损伤发展速度随经历温度和再生粗骨料取代率的升高呈现先增大后减小的变化趋势。     

超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能试验研究

为研究超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能,对超低温环境下钢筋混凝土结构,尤其是轴心受压构件的分析和设计工作提供试验依据和数据支持,通过3组体积配箍率不同的钢筋混凝土试件的轴心受压试验,研究混凝土应力-应变曲线、荷载-位移曲线随温度的变化趋势。对温度参数无量纲化处理后,进一步研究配箍特征值对混凝土强度、峰值应变、延性的影响规律,并进行应力-应变曲线拟合。结果表明:温度降低,箍筋约束混凝土的峰值应力、弹性模量提高,峰值应变减小,脆性增大;配箍特征值增大,混凝土强度、峰值应变、延性均增大,弹性模量变化不大;试验所得应力-应变曲线与理论曲线吻合较好。     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10-5 s-1、10-3 s-1和0.067 s-1。结果表明:随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土弹性模量软化性能试验研究

通过混凝土经历10℃~-40℃、10℃~-80℃和10℃~-160℃等3种典型的超低温温度区间冻融循环作用试验,探讨不同的温度区间和冻融循环作用次数对混凝土弹性模量的影响。结果表明,随冻融循环作用次数的增加,上限温度时因冻融损伤累积使混凝土的弹性模量呈逐渐软化趋势,其中下限温度较低温度区间的变化趋势最为明显;下限温度时因混凝土内孔隙水结冰使混凝土弹性模量呈先增大后减小趋势,且较上限温度时的变化幅度更大。不同温度区间的混凝土相对弹性模量差以及上下限温度时单次冻融软化指标和累积冻融软化指标均存在明显的差异且变化规律较为复杂。该文还由试验结果拟合出混凝土相对弹性模量与超低温冻融循环作用的温度区间和次数间的关系式。所获得的这些结果可为LNG储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

关键影响因素耦合作用下混凝土低温受压峰值应变试验研究

通过混凝土的低温轴压试验系统地探讨作用的低温(-40℃至-180℃)和混凝土的含水率(1.5%至5.5%)、强度等级(C30、C40和C50)等3个关键因素对混凝土低温受压峰值应变的影响。结果表明,混凝土的受压峰值应变在低温下提升幅度较小,但各关键影响因素间存在明显的耦合作用关系。其它条件相同情况下,混凝土低温受压峰值应变随其含水率增加而升高,随作用的低温降低呈现出先增长后趋于稳定的变化趋势,而混凝土强度等级对其低温受压峰值应变的影响则相对较小。由试验结果拟合给出的混凝土低温相对受压峰值应变关于作用的低温以及混凝土的含水率、强度等级等3个关键影响因素的耦合作用关系式可为低温储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

高温后混凝土在双轴拉压下的强度和变形试验研究

利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200℃~600℃高温后的混凝土进行了4种拉压比例的双轴拉压试验,测得了混凝土的强度、应变,并根据试验结果,系统地探讨了高温后混凝土在不同拉压比例下的双轴拉压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以主应力空间和八面体应力空间表示的高温后混凝土双轴拉压下的破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土结构,如火灾后的建筑物、烟囱、核反应堆安全壳等处于双轴拉压组合荷载作用下混凝土结构的设计、分析提供理论依据。     

纤维对超高性能混凝土残余强度及高温爆裂性能的影响

采用普通原材料制备56 d龄期抗压强度为140~160 MPa的空白组超高性能混凝土、钢纤维超高性能混凝土及混杂纤维超高性能混凝土,测定其遭受高温作用后的残余抗压强度和劈裂抗拉强度,并对100%含湿量的混凝土试块进行高温爆裂试验。此外,测定大小2种加热速率对超高性能混凝土高温爆裂行为的影响。结果表明:所配制混凝土的残余抗压强度均随着目标温度的升高呈现先增大再降低的趋势,800℃高温后的残余抗压强度约为常温强度的30%。钢纤维与混杂纤维混凝土的残余劈裂抗拉强度亦呈现先升高再降低的趋势,800℃高温后的残余劈裂抗拉强度分别为常温强度的15.1%和35.4%。空白组混凝土的残余劈裂抗拉强度随着目标温度的升高而单调下降,800℃高温后的强度值约为常温强度的20.3%。7.5℃/min加热速率下,100%含湿量的3种混凝土试块均发生了严重高温爆裂,单掺钢纤维可以改善超高性能混凝土的高温爆裂,但不能避免爆裂的发生,而混杂纤维对超高性能混凝土高温爆裂的改善效果并未显著优于钢纤维。2.5℃/min加热速率下,混杂纤维可避免部分超高性能混凝土试块发生爆裂。      

高温后高强混凝土受压疲劳性能研究

利用电液伺服疲劳试验机,进行了C60高强混凝土的单轴受压疲劳试验,研究了其经100℃、400℃和700℃高温后表观特征、残余应变、疲劳寿命等的变化规律。试验结果表明:高温后高强混凝土的色泽变浅,部分400℃恒温0.5 h、1 h的试块呈铁锈红色,700℃时试块外表呈灰白色;在单轴受压疲劳荷载作用下,高温后高强混凝土的残余应变符合三阶段发展规律,较普通混凝土有更长的第二阶段。定义相对残余应变为损伤变量,建立了高温历程与受压疲劳损伤的关系模型,为经历重复荷载作用与不同加温历程等综合工况下高强混凝土疲劳试验研究及疲劳损伤评价奠定了基础。     

结构尺寸对混凝土双轴动态破坏行为影响细观分析EI北大核心CSCD

为研究结构尺寸在不同动态双轴工况下对混凝土破坏行为的影响,建立了考虑混凝土材料非均质性的细观力学分析模型,对不同尺寸的立方体混凝土试件在不同应变率(10-5 s-1、10-2 s-1和1 s-1)和不同侧应力比(0、±0.25、±0.50、±0.75、±1.00和-∞)工况下进行了细观数值模拟。研究了混凝土的动态双轴压缩和压缩-拉伸力学行为以及应变率和侧应力比两个因素对混凝土动态双轴强度及其尺寸效应行为的影响规律,分析与讨论了不同工况下结构尺寸对混凝土动态双轴强度的影响机理。研究结果表明:动态双轴压缩工况下,结构尺寸对混凝土动态双轴压缩强度的影响随应变率增大逐渐被削弱,随侧应力比增大先被削弱而后增强;动态双轴压缩-拉伸工况下,随应变率增大,结构尺寸对混凝土动态主轴压缩强度和动态侧轴拉伸强度的影响均被削弱。随侧应力比增大,结构尺寸对混凝土动态主轴压缩强度的影响被增强,而对混凝土动态侧轴拉伸强度的影响被削弱;逐渐增大的应变率会削弱侧应力比对混凝土双轴强度尺寸效应的影响。     

高温后混凝土在非比例加载下的双轴受压性能研究

混凝土在双向非比例加载下的受压试验研究不多。该文利用大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200℃―600℃高温后的混凝土,进行了非比例加载的双轴压试验,侧应力等级分别为0、0.2fc、0.4fc、0.6fc四种。测得了混凝土的强度及应变,并根据试验结果,系统地探讨了有侧应力作用时,混凝土在不同温度后的双轴受压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以八面体应力空间表示的混凝土在非比例加载下的双轴受压破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土复杂结构的设计、分析提供了理论依据。     

全轻页岩陶粒混凝土三轴受压试验及其破坏准则

利用大连理工大学的大型静、动真三轴试验机,对强度等级为LC30的全轻页岩陶粒混凝土进行了等比例三轴受压试验。试验中,观察了试件的破坏形态,测得了试件的三轴受压极限强度、塑性应变、峰值应变、总应变以及应力-应变曲线。结果表明,全轻页岩陶粒混凝土在三轴受压状态下,强度和变形较单轴受压有显著增大,并伴随有明显的平台流塑现象,也呈现四种破坏形态。因此,在工程设计中将应力平台流塑段强度及其对应的塑性应变作为轻骨料混凝土的设计强度和设计应变。此外,分析了中间主应力对三轴压的强度和变形影响,并通过三轴强度模型对极限应力进行了预测,其相对误差的绝对值均小于6%,说明试验结果是准确、可靠的。最后,基于八面体应力-应变空间分别建立了其相应的破坏准则,但前者试验点一致性较好,且拉、压子午线与静水压力轴在高压应力区有交叉点,其破坏曲面是闭口的;而后者离散性虽然较大,拟合度较差,但却同样可以很好地反映出破坏面向外扩展的趋势和子午线光滑、外凸的曲线特征。     

超低温作用对超高韧性水泥基复合材料抗弯性能的影响

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)作为一种具有良好力学性能和耐久性能的新型复合材料,弯曲韧性是评价其力学性能的重要指标。为探究UHTCC材料在超低温环境下的抗弯性能,设计了5组不同纤维体积掺量的UHTCC新材料,经过深冷处理后进行四点弯曲试验,对其进行等效强度分析,提出一种适用于超低温作用后的韧性评价方式,为UHTCC在超低温领域的广泛应用提供理论基础和技术支持。研究结果表明：超低温作用后UHTCC的弯拉强度显著提升,当温度降低至-160℃,UHTCC的弯拉强度最大可提升67.67%,但表现出明显的脆性;超低温环境下1.5vol%UHTCC的强度及韧性性能提升效果最佳,但超出最优掺量后,UHTCC的性能反而略微降低。     

不同强度等级混凝土遭受低温冻融循环作用的弹性模量试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土的低温冻融循环作用试验,探讨不同混凝土强度等级对其弹性模量的影响。选取的低温冻融循环作用温度区间为15℃—-120℃和15℃—-190℃,冻融次数分别取0次、16次和30次。结果表明,各强度等级混凝土经历不同温度区间低温冻融循环作用上限温度时的相对弹性模量均随冻融循环作用次数增加而减小,而下限温度时则随冻融循环作用次数增加不仅不降低还略有增大。无论是作用的温度区间和冻融次数不同还是上下限温度时加载,其相对弹性模量均随混凝土强度等级的提高而增加。各强度等级混凝土弹性模量变化特征明显不同于自然环境的常规冻融试验结果,较少的冻融循环作用次数便使其产生严重的恶化。     

高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能试验研究及有限元分析

为研究高强型钢超高性能混凝土梁的受弯性能,以配钢率、型钢位置和钢纤维体积分数为变化参数,设计了6个试件,并对其进行了静力加载试验,获得了试件的破坏形态和荷载-跨中挠度曲线,分析了试件的承载能力和变形能力,以及型钢、纵向钢筋和超高性能混凝土的应变变化规律。基于试验研究,建立了高强型钢超高性能混凝土梁受弯性能的有限元分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,进而进行了参数分析。结果表明：所有试件均发生的是适筋破坏,纵向受拉钢筋和型钢下翼缘率先屈服,然后受压区超高性能混凝土被压碎;在试件的破坏阶段,所承担的荷载会依次经历陡降、波动、缓慢上升和缓慢下降四个阶段;试件的变形能力系数超过5,呈现出较强的变形能力;试件开裂前,超高性能混凝土的应变符合平截面假定,但开裂后,只有受压区和受拉区在中和轴附近的一小部分超高性能混凝土应变呈线性分布;配钢率和型钢强度增大,试件的承载能力和变形能力均提高;超高性能混凝土抗压强度增大及型钢从截面居中位置下移,试件的承载能力提高,但变形能力下降;钢纤维体积分数增加,试件的抗裂能力和变形能力均提高,但承载能力变化不显著。