有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数(0、25、50、100次)的水饱和混凝土试件(在2 MPa围压水环境中)进行了不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明:同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

循环加卸载下塑性混凝土强度及变形特性

通过塑性混凝土在单调和循环加卸载下的试验,对不同加卸载作用下塑性混凝土的强度和变形性能进行研究。结果表明,经过循环加载后塑性混凝土的强度与单调直接加载相比有所降低,变化幅度均在10%以内;当循环加卸载最大荷载为单轴强度的60%时,塑性混凝土峰值应力大于其余循环水平下的峰值应力。塑性混凝土在循环荷载作用下的加载曲线与卸载曲线不重合,卸载曲线总是滞后于加载曲线,加载曲线和卸载曲线形成了封闭的塑性滞回环。滞回环面积的大小与循环加载最大荷载密切相关,与循环加卸载的次数无关,随着循环加卸载最大荷载的增大,滞回环面积相应增大,但滞回环的斜率保持不变,即变形模量保持不变。循环加卸载影响了塑性混凝土峰值应变,单调直接加载峰值应变大于循环加卸载作用后峰值应变。     

循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究

对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率(10-5、10-4、10-3、10-2/s)的混凝土和中低应变速率(10-4、10-3/s)下不同孔隙水循环次数(0、10、50、100、200次)的混凝土进行了常三轴压缩试验,试件尺寸为ф300mm×600mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变化规律进行了统计分析,并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明:随着应变速率增大,混凝土的峰值应力呈增大趋势,随孔隙水压循环次数的增加,峰值应力大体呈现先增大后减小的阶段性变化;混凝土的吸能能力随加载速率的增加,表现出明显增大的趋势。混凝土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势;选用基于Weibull统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合,经验证,此模型与试验结果吻合较好。     

硫酸盐-干湿循环与冻融复合作用对混凝土力学性能的影响

为研究硫酸盐-干湿循环与冻融复合作用下混凝土的力学性能退化规律，采用试验室加速腐蚀的方法，对混凝土试件进行轴心抗压试验，得到了不同干湿循环次数、混凝土强度和冻融循环次数下混凝土峰值应力、峰值应变及受压应力-应变曲线的变化规律，并对腐蚀后混凝土表观形态和微观形貌进行分析。结果表明：3∶1的干湿循环制度下硫酸钠主要发生物理结晶侵蚀；随着干湿循环次数增加，应力-应变曲线上升段斜率逐渐减小，峰值应力不断下降，峰值应变呈增大趋势；硫酸钠-干湿循环大大加快了冻融循环后试件的劣化速度，随着冻融循环次数增加，混凝土峰值应力逐渐减小，峰值应变逐渐增大。通过回归分析，建立了硫酸盐-干湿循环和冻融环境下混凝土应力-应变曲线方程，模型可为西部地区混凝土结构剩余寿命预测提供理论基础。     

循环荷载下混凝土应力-应变全曲线研究

利用三峡大学自行研发的大型多功能静动力三轴仪对混凝土试件进行了不同加载速率下的循环加卸载试验。通过对混凝土循环加卸载曲线的包络线与共同点轨迹线进行比较分析,发现共同点轨迹线与包络线形状大体相似,并且可以通过包络线峰值点与共同点轨迹对应值,以及包络线方程,可推断出共同点轨迹线。基于试验数据和对混凝土循环加卸载全曲线的理解,分析了循环加卸载中单个加载和卸载曲线的变化特征,构建了循环加卸载下混凝土应力-应变全曲线方程数学模型,结果表明:所建立模型能够很好地描述循环加卸载下混凝土的应力-应变变化规律。     

在有压水环境中的混凝土率效应特性研究

随着渗透孔隙水压的增加,混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度逐渐降低,其损失率逐渐增大。本文进行了混凝土处于不同围压值(0、2、5、10 MPa)大小的水环境中和不同应变速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)作用下的常三轴动态抗压试验,对不同水环境下的混凝土峰值应力及应变进行了分析,构建了动态本构模型。研究表明:混凝土的峰值应力与加载速率成正比,峰值应变与加载速率也成正比。在无压水环境下,混凝土的峰值应变和峰值应力都小于无水环境;随着围压的增加,峰值应力逐步增大,峰值应变先增大后减小。混凝土的损伤特性在常三轴压缩状态下,先服从Wei-bull统计分布后服从Lognormal统计分布,由此表明所选损伤本构模型模拟的力学行为有效。     

循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究Symbol`@@

对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率（10－5、10－4、10－3、10－2／s）的混凝土和中低应变速率（10－4、10－3／s）下不同孔隙水循环次数（0、10、50、100、200次）的混凝土进行了常三轴压缩试验,试件尺寸为φ300 mm×600 mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变化规律进行了统计分析,并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明：随着应变速率增大,混凝土的峰值应力呈增大趋势,随孔隙水压循环次数的增加,峰值应力大体呈现先增大后减小的阶段性变化;混凝土的吸能能力随加载速率的增加,表现出明显增大的趋势。混凝土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势;选用基于 Weibull 统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合,经验证,此模型与试验结果吻合较好。     

不同应变速率下再生混凝土单轴受压力学性能研究

设计并完成60个再生混凝土棱柱体试块,利用电液伺服万能试验机对设计强度等级为C30,C40的2种再生混凝土试块进行应变速率为10-5/s~10-2/s范围内的单轴受压本构关系试验,得到不同应变速率下的应力-应变全曲线。通过试验特征点及应力应变关系曲线,分析应变速率与应力应变关系和混凝土抗压后破坏形态、强度、弹性模量等关系。试验结果表明:随着应变速率的增加,应力-应变全曲线形状基本无变化,而抗压强度、峰值应变等则呈显著增长趋势,当应变速率为10-2/s时,设计强度等级为C30,C40再生混凝土的抗压强度较准静态(10-5/s)抗压强度分别提高12.5%,14.2%,峰值应变分别提高16.97%,17.92%,弹性模量则受应变速率的影响较小。     

历经循环荷载历史混凝土动态受压试验研究

为了研究历经不同循环加载历史和不同应变速率对混凝土的动态峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律的影响,进行了混凝土圆柱体试件历经循环加载历史后,在应变速率为10-5、10-4、10-3/s时的单轴受压特性试验。试验结果表明:随着应变速率的提高,混凝土的动态单轴抗压强度明显增加;在相同的应变速率和循环振幅情况下,混凝土的峰值应力随着循环荷载频率的增加而降低;在相同循环加载历史的条件下,混凝土的峰值应变随应变速率的提高总体上有增加的趋势;在相同循环加载历史条件下,混凝土的弹性模量随应变速率和循环加载历史振动频率的变化规律总体上并不明显。     

循环荷载作用下混凝土卸载刚度试验研究

对钢纤维混凝土和普通混凝土试件进行了等应变增量重复加卸荷载试验,应变速率分别为10-5/s、10-4/s、10-3/s。试验结果表明,2种混凝土在加载初始段内,会出现卸载刚度提高的现象,之后混凝土的卸载刚度才会逐渐降低;在混凝土破坏时,钢纤维混凝土的卸载刚度退化率最终保持在0.2以上,普通混凝土的卸载刚度退化率则保持在0.1;卸载刚度提高的幅度与应变速率有关,在应变速率为10-3/s时,提高程度最明显,钢纤维混凝土与普通混凝土的卸载刚度退化率峰值分别提高19.0%和6.8%;不同应变速率的荷载作用下,钢纤维混凝土的卸载刚度变化差异比普通混凝土更加明显。在试验的基础上,进一步建立了卸载刚度退化率和应变之间的关系式。     

三轴循环荷载作用下混凝土的力学性能及损伤特征研究

开展了不同循环加卸载（荷载分别为单轴抗压强度20%、30%、40%、50%、60%、70%和80%）作用下的三轴试验，研究了不同循环荷载作用对灌注桩混凝土力学性能的影响，并分析了混凝土的损伤特征。结果表明：在各级循环加卸载作用下，混凝土的应力-应变曲线出现内凹和右移推进现象；弹性模量随循环次数的增加先增加后减小；在各级循环内，泊松比呈“减小-稳定-增大”的变化规律，第90次循环后超过名义泊松比，混凝土损伤逐渐积累加深，轴向和横向不可逆应变均随循环次数的增加而增加；屈服阶段前混凝土的累计损伤小，屈服阶段后混凝土的横向累计损伤参数比轴向大。     

不同加载速率下混凝土单轴受压性能大样本试验研究

混凝土结构在动力作用下的非线性行为受加载速率的影响较大。为了研究混凝土在动力作用下应变率效应以及这种效应对随机性的影响,进行了强度等级为C30~C60的普通混凝土棱柱体试件在8个不同应变速率(10-5/s~10-1/s)下的单轴受压应力-应变全过程大样本试验研究(共418个)。试验采用MTS815力学性能试验系统,针对每一工况,对同强度同批浇筑的约16个试件进行相同应变速率的加载。试验获得了不同强度、不同加载速率下混凝土的单轴受压应力均值-应变曲线和应力标准差-应变曲线、峰值应力和峰值应变的统计特征值。研究结果表明:加载速率对混凝土的单轴受压应力均值-应变曲线的影响最为明显,对混凝土的单轴受压应力标准差-应变曲线、峰值应力标准差、峰值应变均值和标准差的影响均不明显。     

冻融循环后自密实混凝土单轴受压应力-应变曲线试验研究

为研究新疆地区自密实混凝土冻融循环后单轴受压应力-应变曲线,采用新疆地区原材料配制自密实混凝土,制作27个100 mm×100 mm×400 mm棱柱体抗压试件,经历0、25、50、75、100、125、150、175、200次冻融循环后,进行单轴受压应力-应变曲线试验。分析了不同冻融循环次数对自密实混凝土峰值应力、峰值应变、泊松比、和单轴受压应力-应变曲线的影响。结果表明:峰值应力随着冻融循环次数的增加而降低;在25、50次冻融循环时,峰值应变逐渐减小,50~200次冻融循环时,峰值应变随着冻融循环次数的增加逐渐增大;泊松比随着冻融循环次数的增加而减小;纵向应力-应变曲线随着冻融循环次数的增加渐趋扁平,与横轴的包围面积减小,自密实混凝土吸收能量的能力变弱。     

考虑应变率效应的混凝土材料单轴压缩特性尺寸效应研究

为了研究尺寸效应和应变速率对混凝土力学性能和变形能力的影响,对3种尺寸(70、100、150 mm)228个混凝土立方体试块分别在4种应变速率下(10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s),进行了试验研究。试验结果表明:同一应变率下,混凝土峰值应力随着尺寸的增大而减小,混凝土峰值应变随着尺寸增大而逐渐增大,并分析得出应变速率较大时,峰值应变由骨料弹性变形决定;应变速率较小时,峰值应变由水泥凝胶体黏性流动和混凝土裂缝扩展决定。同一尺寸下,混凝土峰值应力随着应变速率的增大而增大;混凝土弹性模量随应变速率的增大也呈现逐渐增大的趋势。指出动态加载下,混凝土弹性模量变化幅值不是一个确定的值,用静态下的弹性模量简单乘以一个放大或折减系数,不能满足计算动态加载下弹性模量的要求。通过线性回归分析,发现混凝土动态弹性模量和应变速率的对数成线性增长关系,对两者关系进行拟合,发现混凝土弹性模量与应变速率的关系曲线与试验结果吻合较好。     

冻融损伤喷射混凝土本构关系及微观结构

采用棱柱体试件,通过快速冻融试验方法,对冻融损伤后同配合比普通混凝土、喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土单轴受压应力应变全曲线进行研究。对应力应变关系中相关参数进行回归分析,得出冻融循环后试件应力应变全曲线方程。结果表明:随着冻融循环次数增加,受压应力应变曲线趋于扁平;峰值应力降低,峰值应变增大,分别与冻融循环次数呈线性和指数变化。与普通混凝土相比,喷射混凝土峰值应力下降速率小,而钢纤维喷射混凝土的下降速率进一步减小。而后,采用扫描电子显微镜及压汞法,对损伤后试件微观结构和孔结构进行观察分析,发现随着冻融循环次数增加,在渗透压和冻胀压力综合作用下,试件内部微裂纹及气孔增多,孔径增大,试件密实度显著降低;而钢纤维喷射混凝土中仅出现少量连通毛细孔,这与宏观力学性能变化呈现一致性。     

不同应变速率下混凝土直接拉伸试验研究

本文通过在MTS试验机上对两种强度混凝土在应变速率10-5～10-0.3s范围内进行动态单轴直接拉伸试验,系统、全面研究了混凝土在不同应变速率影响下的强度、变形特性以及耗能性能;对强度、峰值应力处应变、弹性模量分别给出了反映应变速率影响的经验公式;分析了泊松比、吸能能力与应变速率的关系;并对不同速率下混凝土的拉伸应力-应变全曲线进行了探索,提出了由一组方程结合混凝土静态参数即可描述不同应变速率下混凝土应力-应变全过程特性的方法。     

高温后再生混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

利用废弃混凝土经机械破碎后制成的再生粗、细骨料,制作168个不同再生粗、细骨料取代率尺寸为100mm×100mm×300mm的再生混凝土试件,经历20～800℃作用后进行单轴受压应力-应变全曲线试验,分析了不同再生粗、细骨料取代情况和经历温度对再生混凝土峰值应力、峰值应变、弹性模量、泊松比和单轴受压应力-应变全曲线的影响。结果表明：相同温度作用后,随着不同再生骨料取代率的增加,峰值应变增大,弹性模量减小,单轴受压应力-应变曲线峰值应力减小,峰值应变增大,脆性增大;随着经历温度的升高,峰值应变与泊松比先降后增,并在温度400℃后增幅最大,而峰值应力与弹性模量均持续减小,应力-应变曲线渐趋扁平,与横轴包围面积显著减小;再生粗、细骨料单独掺入对混凝土受力性能的影响比较一致,同时掺入时性能退化较快。通过回归分析,建立各组再生混凝土试件单轴受压分段式应力-应变本构方程。     

循环荷载作用下岩石疲劳变形及特性试验研究

通过开展恒定加卸载速率,不同偏应力条件下的循环加卸载试验,研究了轴向应变、径向应变以及体积应该随循环次数的演化过程,得到了在不同偏应力条件下岩石的平均变形模量随循环次数与偏应力的变化关系,进而分析了循环荷载作用下岩石疲劳变形及特性。研究结果表明：（1）偏应力在50MPa之前,轴向应变、径向应变、体积应变以及变形模量随着循环次数的变化基本稳定,反之,表现出发散的趋势;（2）偏应力在80MPa作用下的平均变形模量较1IOMPa作用下的大,这是岩石内部裂隙增加和扩张的结果;（3）在不同偏应力条件下,平均变形模量随着偏应力的增大逐渐增大且趋于收敛。     

冻融循环下橡胶混凝土动态力学特性试验研究

为研究冻融循环下橡胶混凝土的动态力学特性,采用非金属超声波检测仪测量橡胶体积掺量为10%的混凝土试件在不同冻融循环次数下的纵波波速,并利用直径74 mm变截面分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置在不同冲击气压(0.3,0.4,0.5,0.6 MPa)下对不同冻融循环次数(0、25、50、75、100、125)的橡胶混凝土试件进行单轴冲击压缩试验,分析其应力-应变曲线、峰值应力、极限应变、动态强度增强因子(DIF)和吸能效果变化规律。结果表明：橡胶的掺入使混凝土强度降低,但其韧性及吸能效果明显增加;随着冻融循环次数的增加,橡胶混凝土纵波波速随之减小,损伤度增加,冻融作用对橡胶混凝土造成损伤,降低试件纵波波速;相同冻融循环次数下,随着应变率的增大试件峰值应力、极限应变、DIF和吸收能都随之增大,试件存在明显的应变率效应;0.6 MPa冲击气压下冻融循环25,50,75,100,125次试件峰值应力分别降低了25.1%、37.1%、46%、52.5%、54.8%,随着冻融循环次数的增加,试件峰值应力降低,降幅逐渐减小,循环次数超过100次后试件应力降幅不再明显,极限应变增加,吸收能减少,冻...     

经硫酸盐侵蚀和历史荷载联合作用的混凝土单轴受压应力-应变曲线

为研究经不同硫酸盐浓度、不同荷载历史以及不同浸泡方式作用下的混凝土的力学性能,对不同因素损伤后的混凝土进行单轴抗压试验,对比分析了混凝土应力-应变曲线的变化规律。研究表明:当荷载历史应力水平低于50%时,单独荷载历史对混凝土应力-应变全曲线影响较小,随着荷载历史应力水平的增大,峰值应力降低,混凝土试件破坏时脆性增加。在连续浸泡-荷载历史-硫酸盐侵蚀联合作用下,混凝土应力-应变曲线有较为明显的上扬,上升段斜率增大,峰值应力提高。在干湿循环-荷载历史-硫酸盐侵蚀联合作用下,混凝土应力-应变曲线变得扁平,单轴抗压强度降低,损伤劣化作用明显。