静动组合荷载下混凝土高温后的双轴动态力学性能

由于试验的复杂性,高温后混凝土在复杂应力状态下的动态力学性能研究一直较少,但在建筑物火灾和国防军事防护工程中,混凝土结构多处于多轴应力和冲击荷载的共同作用下。为研究静动组合荷载下混凝土高温后双轴动态力学性能,采用真三轴静、动力综合加载试验系统,使用真三轴试验机预先施加双轴轴压,再利用SHPB试验装置,分别对常温(25℃)和200、400、600、800℃高温后混凝土试件施加冲击动载,发现了双轴应力状态下混凝土在高温后的动态力学性能规律性。结果表明:温度变化是影响高温后混凝土双轴动态力学性能的主要因素,应变率变化是次要因素;当温度大于400℃时,应力应变关系曲线出现屈服平台,混凝土韧性比低温时有显著提高。200℃是高温后混凝土双轴动态抗压强度的转折温度,当温度继续升高时,双轴动态抗压强度明显下降。     

处于双轴拉压的普通混凝土力学性能试验研究

实际工程中的混凝土结构大多处于复杂应力状态,本文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,对普通混凝土进行了0(单压)、-0.05、-0.1、-0.15、-0.2、-0.25、∞(单拉)七种比例加载路径的双轴拉压试验,测得了混凝土的抗压强度和抗拉强度,及两个加载方向的应变,并根据试验结果,系统地探讨了混凝土在不同拉压比下的双轴拉压强度和变形特性,发现拉压比对普通混凝土强度和变形性能有明显的影响。建立了考虑拉压比的普通混凝土双轴拉压的破坏准则,与试验值符合较好。经分析得出结论:实际工程中处于双轴拉压应力状态混凝土结构的承载能力低于单轴应力状态的混凝土结构。本文的试验数据及理论分析,丰富了混凝土的多轴强度理论。     

双轴拉压混凝土在冻融循环后的力学性能及破坏准则

北方寒冷地区的大多数混凝土结构物和水坝等处于复杂应力状态,冻融循环对混凝土的力学性能产生不利影响。利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对经过0,25,50,75次冻融循环的混凝土,进行了0,-0.05,-0.15,-0.25共4种比例加载路径的双轴拉压试验,测得了混凝土的抗压强度和抗拉强度,及2个加载方向的应变,并根据试验结果,系统地探讨了冻融循环后,混凝土在不同拉压比下的双轴拉压强度和变形特性,发现随冻融循环次数的增加,混凝土的抗压强度、抗拉强度明显降低,拉压比对冻融循环后混凝土强度和变形性能有明显的影响。在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的冻融循环后混凝土双轴拉压的破坏准则,与试验值符合较好。经分析得出结论,实际工程中,处于双轴拉压应力状态的混凝土结构的抗冻融循环能力低于单轴应力状态的混凝土结构,因此,设计时要引起足够的重视。     

双轴压下活性粉末混凝土的力学性能

为了满足对活性粉末混凝土(RPC)结构进行非线性分析和设计的需要,通过试验研究了RPC试件在双轴受压状态下的强度和变形特性,分析了RPC的破坏形态、双轴抗压极限强度、峰值应变、应力-应变曲线等变化规律,给出了RPC的二轴峰值应力包络图与峰值应变包络图,建立了主应力空间下RPC的双轴破坏准则,为RPC按多轴强度理论进行设计提供了试验依据.     

引气混凝土在冻融循环后的双轴压力学性能分析

对经历了0,100、200、300和400次冻融循环后的引气混凝土进行了应力比为0、0.25、0.5、0.75、1.0的双轴压力学性能试验,介绍了冻融循环后引气混凝土在双轴压应力状态下的破坏现象,以及双轴压强度及应力-应变关系曲线随冻融循环的的变化情况,分析了抗压强度与应力比和冻融循环次数的关系,建立了引气混凝土在双轴压状态下的破坏准则.     

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.     

普通混凝土在非比例加载双轴压下的力学性能试验研究

实际工程中的大多混凝土结构处于复杂应力状态。应力途径将直接影响混凝土的力学性能,本文利用大型混凝土静、动三轴试验系统,对普通混凝土进行了4种定侧应力等级的非比例加载双轴压试验,测得了混凝土的强度及应变,得到在侧应力作用下混凝土双轴受压强度和变形的变化规律。与文献[1]混凝土在比例加载的双轴压试验数据比较时发现,经过不同的应力途径得到双轴压混凝土的强度和变形的增长规律有所不同,说明双轴压混凝土强度的提高程度不仅与加载比例有关,也与加载途径有关。     

ECC常规三轴受压力学性能试验研究

对5个不同水胶比的ECC圆柱体试件进行了常规三轴受压试验,测得了不同水胶比与不同围压下ECC试件的轴向应力-应变全曲线,主要分析了围压和水胶比对ECC受压性能的影响,研究结果表明:侧向围压约束了ECC的横向变形,在提高其极限抗压强度的同时,纵向变形能力有很大提高;水胶比较大的试件其横向变形较大,当处于高围压约束作用下,试件的应力-应变曲线未出现下降段。水胶比相同时,随着围压的增加,ECC的极限抗压强度与峰值应变均明显提高;围压相同时,水胶比增大,ECC极限抗压强度降低,但水胶比对峰值应变的影响则不太明显。根据试验结果得出了ECC的极限抗压强度、轴向峰值应变与侧向围压之间的关系,研究结果可为今后建立适合ECC的多轴本构模型提供基础依据。     

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.     

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.     

混凝土双轴受压试验与破坏准则研究

利用岩石真三轴仪液压伺服机,采用定侧向加载方式对普通混凝土进行双轴受压试验研究,得到不同应力比下混凝土的应力-应变曲线和破坏形态,通过提取应力-应变曲线峰值应力和峰值应变(峰值应力对应应变)特征值,研究不同应力比下混凝土破坏机理与主应力方向的强度规律。试验结果表明:当侧向应力较小时,混凝土破坏形态与单轴受压向类似;当侧向应力较大时,试件呈现劈裂状破坏形态。当σ_X/f_c=0～0.2时,峰值应力随着侧向应力比的增大而增大,当σ_X/f_c=0.2～0.5时,σ_Z峰值应力随着侧向应力比的增大而变化较小。应用Kupfer破坏准则对试验数据进行验证,Kupfer破坏准则预测定侧向加载方式下混凝土双轴受压强度结果相对保守。同时基于Kupfer破坏准则方程提出了定侧向加载下混凝土的破坏准则并进行验证。研究结果对混凝土工程应用与计算具有较大的意义。     

多孔混凝土静压应力-应变关系的试验研究

通过混凝土抗压强度试验,以孔隙率和水胶比为主要影响因素,探讨多孔混凝土的静压应力-应变关系和静弹性模量特性。通过对比分析表明:孔隙率对于多孔混凝土应力-应变曲线的影响较为显著。随着孔隙率的增大,多孔混凝土在受压过程中发生不均匀变形和突然性破坏的概率会逐渐上升。此外,多孔混凝土的静弹性模量会随着孔隙率的增大而降低,且呈现出与抗压强度同步升高或降低的趋势。     

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。     

不同冷却方式对高温后混凝土应力-应变关系的影响研究

通过混凝土在经历不同温度(100,200,300,400,500,600,700,800℃)后的单轴受压试验,研究温度、静置时间、冷却方式对混凝土轴压性能的影响,得到了相应的混凝土受压应力-应变全曲线。对比分析表明:混凝土抗压强度随着温度的升高而降低,峰值应变成倍增大,弹性模量显著降低;在高温作用后混凝土应力-应变曲线的波动性和规律性变化较缓;浇水冷却比自然冷却的曲线在下降段微陡些,曲线形状大体相似,峰值应力和峰值应变变化都不大,其变化规律大体一致。     

石粉人工砂再生混凝土轴压性能试验研究

为了研究石粉人工砂再生混凝土的轴压力学性能，进行了45个标准棱柱体试件的轴心受压试验，获取了试件的应力-应变全过程曲线，分析了石粉含量对不同强度等级石粉人工砂再生混凝土的轴压性能影响规律，基于试验数据拟合得到了相应的应力-应变本构方程。研究结果表明：随着石粉含量的增加，抗压强度先增大后减小，峰值应变、变形系数及耗能系数呈下降趋势；低强度等级试件的损伤发生早于高强度等级的试件，而高强度等级试件的损伤发展速度相对更快；所提出的轴压应力-应变本构方程计算结果与试验结果吻合较好。     

再生混凝土常规三轴受压性能试验研究

进行了12个再生混凝土试件常规三轴受压试验考察围压值和取代率对再生混凝土破坏形态、应力-应变曲线、力学性能指标的影响。研究结果表明:常规三轴受压状态下,再生混凝土均为剪切破坏,破坏时有较明显的脆性;再生混凝土的峰值应力、峰值应变、弹性模量随围压值增大而显著提高但受取代率的影响不大;增大围压值能有效提高再生混凝土的延性性能和耗能能力。     

碱激发混凝土单双轴压强度和变形特性研究

为研究复杂应力状态下碱激发混凝土的强度和变形,进行了普通骨料碱激发和轻骨料碱激发混凝土的单双轴受压试验,并与传统的普通骨料和轻骨料水泥混凝土的力学特性进行了对比.研究表明:单双轴压应力状态下,碱激发混凝土应力-应变曲线上升段中的线性部分较传统的水泥混凝土有所提高,下降段表现出较大的脆性,且碱激发混凝土受压破坏的微观机制与传统的水泥混凝土有较大区别;碱激发混凝土双轴压强度包络线近似为圆形,而传统的水泥混凝土近似为细长椭圆形;基于本文试验结果,对常用的Kupfer-Gerstle普通混凝土强度准则进行修正后,提出了碱激发混凝土的双轴压强度准则.     

高强高性能混凝土在多轴压下强度与变形性能的试验研究

 利用大型静动真三轴试验机,进行高强高性能混凝土和普通混凝土在不同应力比下的单轴、双轴、三轴压强度与变形试验研究。多轴压试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm,减摩措施为3层黄油中间加3层塑料薄膜的减摩垫层,加载方式为单调比例加载。阐述试件的破坏形态和机制;测得多轴强度、峰值应变和应力–应变曲线,分析应力比对其影响规律;剖析2种混凝土多轴力学性能的差异。试验结果表明：多轴压下2种混凝土极限强度s 3f和峰值应变e 3p在所有应力比下都分别大于其单轴压强度¦c和峰值应变e cp,尤其是在三轴压下更为明显;而且s 3f和e 3p相对于¦c和e cp的提高倍数取决于混凝土的脆硬性、应力状态和应力比。建立在双轴压和多轴应力状态下的高强高性能混凝土和普通混凝土Kupfer-Gerstle和Ottosen破坏准则公式,为2种混凝土结构(如桥梁与隧道工程、地下工程、建筑工程等)在多轴压下的强度分析提供试验和理论依据。     

湿筛二级配大坝混凝土双轴动态受压特性试验

研究湿筛混凝土在双轴动态受压荷载作用下的动态力学特性,建立湿筛混凝土双轴动态受压强度准则。利用大型液压伺服静、动态三轴试验设备,对150 mm×150 mm×150 mm湿筛二级配大坝混凝土立方体试件进行等比例双轴动态受压加载试验,应变速率为10~(-5)~10~(-2) s~(-1)。湿筛混凝土双轴动态受压强度及动态弹性模量随应变速率的增大而提高,湿筛混凝土双轴受压强度的动态增长幅度与水工大骨料混凝土相当,均高于相同条件下的普通混凝土。通过对试验数据的拟合,得到湿筛混凝土双轴动态强度准则,为大体积混凝土结构进行非线性分析、探索动态强度机理提供数据支持和依据。     

普通混凝土和轻骨料混凝土双轴加载试验研究

为研究混凝土双轴力学特性,采用岩石真三轴仪对普通混凝土(OPC)与轻骨料混凝土(LWAC)进行双轴压-压与双轴拉-压试验,得到2种混凝土在不同侧向应力作用下的破坏形态、应力-应变曲线以及应力-应变曲线特征值,对比分析其主应力变化趋势及破坏机理.结果表明:OPC双轴受力破坏主要是界面过渡区破坏,LWAC则是页岩陶粒骨料破坏;双轴压-压工况条件下,受侧向压应力影响的LWAC主压应力提高幅度低于OPC;双轴拉-压工况条件下,受侧向拉应力影响的OPC主拉应力降低幅度高于LWAC.最后,基于Kupfer双轴压-压与双轴拉-压破坏准则建立了定侧向加载下OPC与LWAC的双轴压-压、双轴拉-压破坏准则方程.