静载和疲劳荷载作用下橡胶混凝土声发射特性研究

为研究橡胶混凝土在静载和疲劳荷载下的声发射特征参数与橡胶混凝土损伤程度的关系,基 于声发射开展了静载和疲劳荷载下不同橡胶掺量的橡胶混凝土的三点弯曲断裂试验。利用声发射的能 量、累积能量和幅值等参数,评估混凝土的损伤程度。试验结果表明:静载作用下,通过分析能量参数可 将混凝土损伤过程分为三个阶段,通过分析幅值参数可将混凝土损伤过程分为两段;疲劳荷载作用下, 通过分析累积能量变化可将混凝土损伤过程分为两个阶段,分析幅值变化可将混凝土损伤过程分为三 段。静载下随橡胶掺量的增加,声发射信号减少,疲劳荷载下,随橡胶掺量的增加声发射信号增加。掺 入橡胶后能够提高混凝土的阻裂能力并增强混凝土承受损伤的能力。     

碳纤维、钢纤维混凝土低周压抗疲劳特性的试验研究

本文研究了素混凝土，碳纤维混土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维，不同品种钢纤维，纤维掺量，加载应力水平对于疲劳寿命及能吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性，研究表明，在较低的应力水平下纤维混凝土的疲劳寿命，能量吸收值均比高应力水平时明显增大。     

碳纤维、钢纤维混凝土低周抗压疲劳特性的试验研究

本文研究了素混凝土、碳纤维混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理，试验研究了碳纤维、不同品种钢纤维、纤维掺量、加载应力水平对于疲劳寿命及能量吸收的影响规律，探讨了疲劳累积损伤特性。研究表明：在较低的应力水平下纤维混凝土的疲劳寿命、能量吸收值均比高应力水平时明显增大。     

三点弯曲下橡胶混凝土的断裂性能

通过橡胶混凝土三点弯曲梁断裂试验,测取橡胶混凝土的荷载、挠度和裂缝开口位移值,并绘制荷载-挠度曲线和荷载-裂缝开口位移曲线;根据《水工混凝土断裂试验规程》和ASTM规范计算断裂韧度与断裂能,研究不同橡胶掺量对混凝土断裂性能的影响,以及声发射累积能量和断裂能之间的关系,并对比分析两部规范中给出的不同断裂韧度计算公式的计算结果。研究表明:掺入橡胶后混凝土能承受的最大荷载降低,起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、断裂韧度、断裂能和声发射累积能量均降低;混凝土梁的有效裂缝长度和最大挠度在橡胶掺量为10%时最小,在橡胶掺量为20%和30%时增大;延性指数随橡胶掺量的增加逐渐增大,最大提高了41%;通过拟合混凝土的断裂能和声发射累积能量曲线,可得出y=a+becx形式的经验式。掺入橡胶后混凝土韧性和变形能力提高,脆性得到了改善,并可利用经验式推断达到某一声发射能量值时混凝土的破坏程度。     

橡胶自密实混凝土断裂性能试验研究

通过橡胶自密实混凝土三点弯曲切口梁试验,测取橡胶自密实混凝土的荷载-位移曲线和荷载-裂缝开口位移曲线,根据双K断裂模型计算其断裂参数与断裂能,研究不同类型、不同掺量的橡胶对自密实混凝土的断裂性能的影响,并对比分析经过氢氧化钠溶液预处理与未处理的橡胶自密实混凝土断裂性能的不同。试验结果表明,橡胶的掺入使自密实混凝土的断裂韧度、断裂能增大,其增大的幅值与橡胶掺量、品种等有关;氢氧化钠溶液预处理可以改善橡胶自密实混凝土断裂性能。     

渐增幅往复荷载作用下普通及橡胶自密实混凝土力学特性试验研究

考虑到混凝土梁在实际使用过程中所受往复荷载的振幅变化特点,本文设计了一种渐增幅加载工况,改变橡胶颗粒掺量(0,10%,20%,30%),对普通和橡胶自密实混凝土矩形梁在四点弯拉渐增幅往复荷载下的应变规律进行探究。试验结果表明,试件疲劳寿命离散性较大,与橡胶颗粒掺量间没有明显的规律可循,但该工况下普通和橡胶自密实混凝土均呈现以下变形特征:在加载达到最后两级S_(f-1)和S_f时,自密实混凝土应变增长速率明显加快;在加载级S_(if)段,应变变化呈现"两阶段"特点,到加载级S_f段,应变变化呈现"三阶段"特点;随加载级数增加,应变的近对数增长阶段持续时间越短,准线性增长阶段持续时间越长。     

高应力等幅循环加载对橡胶混凝土力学及变形特性的影响

为研究橡胶混凝土在反复荷载条件下的力学及变形特性变化,对5组(橡胶掺量为0%,5%,10%,15%,20%)30个混凝土试件进行50次高应力等幅循环加载和单轴压缩试验,分析不同橡胶掺量的混凝土循环加载前后单轴力学特性变化及循环加载过程中的变形情况。结果表明:随橡胶掺量增加,试件峰值应力、弹性模量随之下降,峰值应变增加;循环加载过程中,橡胶混凝土(RC)的总应变、弹性应变、塑性应变曲线均显著高于普通混凝土(NC),但相对应变极差小于NC,表现出较好的延展性和稳定性;循环加载处理后,NC峰值应力和弹性模量劣化程度最大分别达到11.0%和36.8%,RC对应指标的劣化程度随橡胶掺量增加而减小;采用功效系数分析综合评价各组混凝土力学性能,顺序为RC-1>RC-2>RC-4>RC-3>NC,得到橡胶最佳掺量为5%~10%。研究成果可为橡胶混凝土在工程中的应用提供理论依据。     

全级配混凝土单轴疲劳特性细观数值模拟

为研究全级配混凝土在等幅、变幅及阶梯重复荷载作用下的疲劳特性,揭示材料特性与疲劳应力水平对其疲劳寿命的影响规律,通过自编程序建立二维随机骨料模型,运用有限元软件和耐久性疲劳分析软件进行联合仿真,对全级配混凝土细观结构进行应力分析和疲劳分析,探讨了不同骨料分布、骨料形状及疲劳应力水平对混凝土疲劳性能的影响,并估算了疲劳寿命。结果表明:在阶梯重复荷载作用下,骨料形状和分布对混凝土疲劳寿命影响较小,而疲劳应力水平对疲劳寿命影响较大;圆形和椭圆形骨料混凝土疲劳寿命较高,多边形骨料寿命较低;在疲劳加载破坏过程中,骨料界面先起裂,然后裂纹逐渐扩展贯通,最后导致整个试件完全破坏,可见骨料界面是混凝土中的薄弱部位,其寿命直接影响整个混凝土试件的寿命。研究成果为后续混凝土疲劳性能研究提供了参考。     

应力比对钢纤维高强混凝土梁疲劳寿命影响的试验研究

通过对钢纤维钢筋高强混凝土梁不同应力比的弯曲疲劳荷载试验,研究了试件的疲劳寿命及疲劳强度。根据不同应力比作用下梁试件的疲劳寿命 N ,得出本次试件梁的 S － N 曲线,裂缝开展规律。应用 Miner 理论和科尔顿－多兰（Corten －Dolan）公式进行疲劳损伤计算、疲劳寿命分析及预测,最后采用断裂力学理论分析裂缝开展规律以预测疲劳寿命,并提出裂缝开展宽度计算公式。     

高掺量钢纤维自密实混凝土梁抗弯性能分析

通过不断试配,获得体积掺量为3.0%的高掺量钢纤维自密实混凝土的配置方法,并在混凝土力学性能测试中得到相应配合比下混凝土的力学性能指标。利用ANSYS有限元软件,对所设计的试验梁以实测材料参数为依据进行数值模拟。计算结果表明,体积掺量为3.0%的钢纤维钢筋自密实混凝土梁与普通钢筋自密实混凝土梁相比,其开裂荷载、屈服荷载、弯曲韧性及结构刚度得到明显提升。通过对3.0%的高掺钢纤维自密实钢筋混凝土梁与普通钢筋自密实混凝土梁在裂缝宽度随荷载的变化规律及同一截面不同高度处混凝土应变的分布情况的对比分析,发现钢纤维具有良好的阻裂作用,并能有效提高混凝土的极限拉应变。     

混凝土轴拉疲劳试验及损伤模型

基于室内试验，研究了混凝土在等幅和变幅重复荷载作用下的轴拉疲劳性能。由等幅疲劳残余应变，定义了损伤变量，得到了相应的损伤积累和演化规律。依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性，建立了相应的疲劳损伤模型。并用变幅疲劳试验结果验证了模型的有效性。与其它模型相比，该模型具有较高的精度。     

冻融循环与疲劳荷载作用下混凝土损伤研究

为研究冻融循环与轴向疲劳荷载作用下混凝土力学性能损伤演化规律,对混凝土试件分别进行冻融循环、疲劳加载、先冻融循环后疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环4种损伤试验,以试件经历损伤后的抗压强度劣化作为损伤评价指标研究混凝土的损伤特性和机理,同时研究相对动弹性模量和质量的劣化规律。研究结果表明:不同联合作用下,混凝土的相对动弹性模量均呈现降低趋势。冻融循环单一因素作用下,混凝土强度随冻融次数的增加逐渐降低;疲劳荷载单一因素作用下,混凝土强度随疲劳次数增加呈先升后降的趋势,疲劳4万次时,混凝土的损伤度为1.8%;先冻融循环后疲劳加载作用下,即混凝土先受冻融循环作用,再受1万次应力水平(0.1 f_c~0.5 f_c)的疲劳荷载作用时,随疲劳次数的增加,试件的强度均呈现升高趋势;先疲劳加载后冻融循环作用下,随冻融次数的增加,混凝土的力学性能损伤显著,历史疲劳次数为0.5万次和1万次,再经历75次冻融循环作用时,其损伤度分别为19%和24.2%。研究成果可为建立符合实际工程的混凝土结构耐久性设计理论提供较可靠的基础依据。     

短碳纤维混凝土低周疲劳断裂特性的试验研究

对于碳纤维混凝土带切口三点弯曲梁试件，测定了其在静载下的断裂参数，用测定柔度的方法研究了循环加载历史对碳纤维混凝土断裂参数的影响规律，试验研究了碳纤维混凝土的疲劳断裂特性。试验结果表明：当预疲劳加载幅值超过某一阈值后，碳纤维混凝土的断裂参数有所降低，这些参数是与预疲劳幅值有关的物理量，裂缝亚临界扩展长度与疲劳寿命无关，碳纤维混凝土的疲劳断裂寿命是素混凝土的2.1～2.8倍，能量吸收是素混凝土的9.5～13.2倍。     

橡胶粉掺量和细度对路用橡胶混凝土物理力学性能影响分析

为研究橡胶粉掺量和细度对路用橡胶混凝土物理力学性能的影响规律,以3种橡胶粉掺量和4种橡胶粉细度为变化参数,对橡胶混凝土和普通混凝土进行抗弯拉强度和立方体抗压强度试验,并得出橡胶混凝土脆性系数。试验结果表明:橡胶混凝土脆性较小,具有良好的变形能力;橡胶粉掺量对混凝土各强度指标的影响程度高于细度对其的影响;橡胶粉掺量10%和20%的橡胶混凝土的抗弯拉强度和立方体抗压强度均随橡胶粉掺量的增加而减小,随橡胶粉细度的增大而增大;橡胶混凝土脆性系数随着橡胶粉掺量的增加而不断减小;橡胶粉掺量30%、细度为177 μm的橡胶混凝土性能指标的离散性较大,建议实际工程中采用掺量≤20%,细度≤250 μm的橡胶粉。研究成果可为橡胶混凝土在道路工程的应用提供参考。     

钢筋腐蚀疲劳共同作用机理与寿命预测

为了准确计算钢筋腐蚀疲劳寿命,依据金属力学、电化学、断裂力学的基本原理,对混凝土中脱钝钢筋的腐蚀介质和疲劳荷载共同作用交互机理进行研究,建立脱钝后钢筋在疲劳荷载作用下同时考虑弹性变形、塑性变形和电化学作用的钢筋腐蚀速率模型,在此基础上构建了圆柱形钢筋腐蚀疲劳应力强度因子幅值的计算模型。定量分析了腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值的理论计算模型以及钢筋腐蚀疲劳裂纹扩展模型,提出了腐蚀介质和疲劳荷载共同作用下钢筋寿命预测模式。利用已有文献中钢棒腐蚀疲劳试验结果对本文提出的模型以及寿命预测模式进行验证,结果表明,pH=2.5~12时钢棒腐蚀疲劳寿命计算值与试验值吻合较好,还揭示了疲劳荷载对钢筋腐蚀速度影响规律。     

历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土力学性能

通过对历经荷载后受硫酸盐侵蚀的混凝土进行单轴压缩试验,研究了荷载水平和溶液浓度对混凝土力学性能变化规律及侵蚀机理的影响,并与历经荷载后受硫酸盐侵蚀高强混凝土的力学性能进行了对比分析。分析结果表明:随荷载水平的增大,未侵蚀试件的峰值应力、弹性模量和峰值应变均有减小趋势,而受浓度为5%和10%侵蚀试件的峰值应力和弹性模量均减小,峰值应变增大;相同荷载水平时,随溶液浓度的增大,混凝土的峰值应力和弹性模量减小,峰值应变增大;随着荷载水平和溶液浓度的增大,普通混凝土和高强混凝土的应力-应变曲线均有变饱满的趋势,普通混凝土的主要力学指标比高强混凝土变化更显著。研究结果可为在硫酸盐侵蚀环境下的受损伤混凝土结构设计提供一定的参考依据。     

基于细观层次的轻骨料混凝土压缩破坏及端面效应数值模拟

为探索轻骨料混凝土力学性能及破坏规律,采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由球形轻骨料颗粒与砂浆基质组成的两相非均质复合材料,建立三维随机骨料模型,模拟轻骨料混凝土单轴抗压破坏过程,研究分析加载端面约束效应对其裂纹扩展及材料力学性能的影响。研究结果表明：(1)与普通混凝土相比,轻骨料混凝土压缩破坏时,裂纹最先发生在轻骨料处,且裂纹会直接贯穿轻骨料进行延伸;(2)加载端面无约束试件最终形成轴向劈裂破坏,有约束试件最终形成倒锥形破坏;(3)加载端面无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低了29.6%、45.5%。该模型及模拟结果为传统宏观试验的不足提供了有效补充。