西部盐雾腐蚀环境下基于Wiener模型的纤维混凝土损伤劣化研究

结合我国西部地区察尔汗盐湖特点,通过配制与盐湖卤水相同SO_4~(2-)浓度的腐蚀溶液,以钢纤维(STF)体积掺量(1%、2%)和玄武岩纤维(BF)体积掺量(0.1%、0.2%)为变化参数,对混凝土进行共计200 d周期的室内盐雾腐蚀加速试验,模拟纤维混凝土在盐湖地区的耐久性损伤劣化。采用随机效应约束条件下建立了Wiener相对动弹性模量退化模型,对混凝土剩余寿命进行可靠度预测。结果表明:钢纤维掺量为2%、玄武岩纤维掺量为0.1%的混凝土耐久性损伤变化量最小,所预测的剩余寿命为354 d;掺入适量的钢-玄武岩纤维能够有效改善混凝土在盐雾腐蚀环境下的耐久性损伤劣化过程;改进的Wiener模型预测结果与实测结果吻合较好,具有较高的可靠性。研究成果可为西部盐湖地区土木建设提供理论参考依据。     

再生混凝土疲劳损伤机理的数值模拟

基于再生混凝土内部细观结构的数字图像,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型。首先,对弯折疲劳破坏后的再生混凝士弯折疲劳试件进行机械切割并对切割后的表面使用数码相机拍摄,获得截面数字图像。然后,对所获得的数字图像进行处理并对骨料和砂浆部分进行边缘检测,获得骨料和砂浆的边缘坐标,将其导入有限元分析软件,获得实体模型。最后,建立了二维细观再生混凝土疲劳损伤有限元模型,研究了再生混凝土在疲劳荷载作用下的损伤分布和应力分布的变化规律。     

定边二号隧洞混凝土腐蚀原因的初探

通过现场探查和室内试验 ,对定边供水工程二号隧洞衬砌混凝土腐蚀的原因进行了初步的试验研究 ,认为由于环境水中含有大量的硫酸根离子和镁离子 ,使得混凝土受到硫酸盐和镁盐的双重腐蚀而遭到破坏     

青海盐沼泽环境下混凝土现场腐蚀试验

为探明青海地区盐沼泽环境下混凝土的腐蚀情况,在该地区展开现场腐蚀试验,考虑混凝土不同埋置工况,观察其微观结构,并结合混凝土质量损失、抗侵蚀系数变化以及钢筋锈蚀率变化评价混凝土耐久性。试验结果表明：混凝土质量变化不能作为评价指标来描述混凝土的损伤破坏;对于放置在地面和埋置在水中的混凝土,当混凝土内掺有水泥基时,其抗侵蚀系数最高,而在埋深1.25 m工况下掺有粉煤灰-硅灰的混凝土抗侵蚀能力最强;混凝土的劣化是膨胀力、冻结应力、结晶应力等多重因素共同作用下的结果;放置在地面的混凝土锈蚀率最高,尤其是单掺水泥基的钢筋混凝土锈蚀率最高,而复掺粉煤灰-水泥基的混凝土锈蚀率最低。     

冻融循环与硫酸盐侵蚀损伤水工混凝土机理研究

文章采用超声平测法测量5%MgSO4、5%Na2SO4、1%Na2SO4溶液及水中引气混凝土快速冻融的损伤层厚度,揭示了随冻融循环次数变化不同溶液中未损伤和损伤层的超声波速及损伤厚度变化规律。试验表明：冻融-硫酸盐耦合作用下,可以利用损伤层厚度衡量混凝土损伤程度;硫酸盐既能促进又可抑制混凝土的冻融破坏,浓度较低时硫酸钠发挥促进作用而浓度较高时发挥抑制作用,硫酸镁的双重腐蚀作用使得其促进冻融破坏的作用最大。     

基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟研究进展

系统综述了基于细观损伤的混凝土力学性能数值模拟的研究现状,介绍了细观损伤力学在混凝土性能分析中的应用。重点对微平面模型、二维格构模型、随机粒子模型、细观结构模型、可考虑微裂纹间相互作用的细观损伤模型、基于弹性损伤本构关系的细观结构模型及Gurson细观损伤模型等几种常用的基于细观损伤的混凝土本构模型的优、缺点进行了比较。最后指出了以后有待进一步研究的问题。     

氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能研究

基于试验、仿真及理论分析探讨了氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋的力学性能退化规律及其影响机理。通过对取自历时两年干湿循环混凝土试件中的214根锈蚀钢筋进行拉伸试验表明：当锈蚀率较小时，钢筋名义强度随之增加近乎线性下降；当锈蚀率较大时，钢筋名义、等效强度及延性均随之增加而下降；钢筋的屈服平台随锈蚀不均匀性增大逐渐缩短甚至消失；钢筋断裂形态随局部锈蚀特征变化；同等条件下细直径钢筋力学性能对锈蚀更敏感。就试验现象进行理论和仿真分析表明：钢筋的实际抗拉强度在锈蚀前后并无显著变化；钢筋名义强度的降低，主要是由于锈损引起横截面积减小导致抗力减小而造成的；锈蚀引起的钢筋面积减小、缺口效应及附加偏心作用是导致其伸长率减小的主要原因；附加弯矩作用是钢筋力与变形关系曲线中屈服平台缩短、消失的主要原因。     

氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能研究

基于试验、仿真及理论分析,探讨了氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能的退化规律及其影响机理。采用干湿循环法对钢筋混凝土试件进行了长达两年的锈蚀试验,对214根锈蚀钢筋进行机械拉伸试验。结果表明:当锈蚀程度较轻时,钢筋名义强度随锈蚀率增加呈线性下降;当锈蚀率较大时,钢筋名义、等效强度及延性均随其增加而下降;钢筋力与变形关系曲线中的屈服平台随锈蚀不均匀性增大逐渐缩短甚至消失;钢筋断裂形态与局部锈蚀特征相关,可分为三种类型;同等条件下细直径钢筋的力学性能对锈蚀更敏感。就试验现象进行理论和仿真分析表明:钢筋的实际抗拉强度在锈蚀前后并不降低;名义强度的降低,主要是由于锈损引起钢筋横截面积减小导致抗力减小而造成的;锈蚀引起的截面积减小、缺口效应及附加偏心作用是导致钢筋伸长率减小的主要原因;附加弯矩作用是导致钢筋力与变形关系曲线中屈服平台缩短、消失的主要原因。     

碾压混凝土层间拉伸破坏过程的数值模拟研究

碾压混凝土软弱层的破坏是高碾压混凝土坝稳定性的一个重要问题。应用材料破坏全过程分析的软件系统MFPA2D,充分考虑了碾压混凝土的非均质性的细观结构特征,模拟再现了三种层面处理方式的软弱层的拉伸破坏过程,确定了裂缝的起裂荷载,计算得到了三种碾压混凝土紧凑拉伸试件裂缝的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度。研究表明,在所讨论的三种软弱层的处理方式中,最为有效的是下层混凝土终凝后对层面进行凿毛（冲毛）处理;其次是下层混凝土初凝后终凝前,对层面进行铺水泥粉煤灰砂浆的处理;最不好的是下层混凝土初凝后终凝前,在层面上直接铺筑上层混凝土,在施工中要避免这种情况的发生。据此提出了在施工中要尽量避免或减少对下层混凝土层面的过多扰动的建议。     

严寒地区混凝土抗硫酸盐强腐蚀技术试验研究

新疆“500”水库，属严寒地区，混凝土设计抗冻等级为F300，地下水存在硫酸盐和CO2的强腐蚀性。通过试验解决在冻融环境下，地下水中有硫酸盐及同时存在CO2强腐蚀的混凝土耐久性。该文通过对常规混凝土、粉煤灰混凝土和矿渣粉混凝土抗冻及腐蚀的对比试验，配制具有低热，抗裂性能良好，经济，技术指标优越的混凝土，以满足当地水工建筑物耐久性的要求。     

硫酸盐和干湿循环耦合作用下混凝土性能研究

试验主要研究了粉煤灰与矿渣粉掺量以及新拌混凝土含气量对混凝土在硫酸盐和干湿循环耦合作用下质量损失、抗压强度、相对动弹性模量等性能变化的影响。研究结果表明:经过3个干湿循环周期后,掺有矿物掺合料的混凝土试件强度增长大于基准组混凝土;从第4个干湿循环周期开始,掺矿物掺合料的混凝土试件的质量损失均小于基准组混凝土,且试件质量损失大大减少;掺加矿渣后,混凝土试件经过6次干湿循环周期,相对动弹性模量仍保持在60%以上;粉煤灰和矿粉复掺对混凝土的抗硫酸盐干湿循环破坏能力有所提高,当粉煤灰与矿粉比例为3∶1时,采用复掺对改善干湿循环过程中混凝土试件的抗压强度的效果最好。并且,混凝土中适当引气也可提高其抗硫酸盐干湿循环性能。     

干湿循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下水工混凝土损伤研究

硫酸盐侵蚀是影响混凝土耐久性的主要因素之一,混凝土损伤层的厚度及混凝土抗压强度作为衡量混凝土结构受侵蚀后退化的重要指标,能有效反应混凝土的损伤程度.本文主要从试验视角,采用超声波平测法和回弹法,重点研究干湿循环条件下不同浓度、种类盐溶液对水利工程混凝土表层损伤层厚度、混凝土抗压强度的影响,以期为服役在干湿循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下混凝土建筑物设计与研究提供一些参考.     

地震作用下混凝土重力坝破坏过程与破坏形态数值仿真

在考虑混凝土材料细观非均匀性影响的基础上,探讨了在材料参数和地震动等不确定性因素影响下混凝土重力坝的破坏过程和破坏形态。通过对金安桥混凝土重力坝的180个样本的非线性数值模拟统计分析,得到了不同地震作用水平下的大坝损伤破坏情况,并提炼出四种典型的破坏形态。计算结果表明随着地震动的增大,大坝损伤总体上趋于严重,但也存在高地震动水平下轻微损伤的情况。典型的破坏形态除了坝头折断、坝踵开裂以外,还发现了下游面起裂、贯穿至上游的情况,且随着地震峰值加速度的增大而越发明显。这对于全面了解重力坝地震损伤的薄弱环节,优化抗震措施提高大坝抗震能力是十分有意义的。     

地震作用下混凝土重力坝破坏过程与破坏形态数值仿真

在考虑混凝土材料细观非均匀性影响的基础上,探讨了在材料参数和地震动等不确定性因素影响下混凝土重力坝的破坏过程和破坏形态。通过对金安桥混凝土重力坝的180个样本的非线性数值模拟统计分析,得到了不同水平地震作用下的大坝损伤破坏情况,并提炼出4种典型的破坏形态。计算结果表明随着地震动的增大,大坝损伤总体上趋于严重,但也存在高地震动水平下轻微损伤的情况。典型的破坏形态除了坝头折断、坝踵开裂以外,还发现了下游面起裂、贯穿至上游的情况,且随着地震峰值加速度的增大而越发明显。这对于全面了解重力坝地震损伤的薄弱环节,优化抗震措施提高大坝抗震能力是十分有意义的。     

混凝土动态3D打印过程温度应力数值仿真分析

3D打印混凝土在水利水电领域有着广阔的发展前景,但温度应力的影响使其发展受到限制,为此需要研究如何降低其构件的温度应力。由3D打印混凝土的工艺特点可知,通过外部条件对其温度进行控制是不可行的。因此,从混凝土动态3D打印成型的工艺参数出发,对其温度场、应力场进行了研究,以期得到工艺参数对其温度应力的影响。通过数值模拟的方法,得出了混凝土内部各点温度随时间的变化以及打印速度、打印层厚和初始打印温度等对3D打印混凝土构件内部温度变化的影响。结果表明,适当地增大混凝土的打印速度、减小打印层厚、降低初始打印温度,可以降低混凝土的最大应力,且打印速度为3. 0 m/min、打印层厚为0. 10 m、初始打印温度为12℃时,典型层的最大应力最低。     

环境水侵蚀下水泥净浆钙溶蚀的模拟与验证

钙溶蚀是导致水环境中混凝土等水泥基材料耐久性退化的重要原因之一。为获得软水环境下水泥净浆的钙溶蚀过程, 首先, 基于Fick定律及质量守恒定律, 利用钙溶蚀过程中材料骨架内固体钙含量和孔溶液中钙离子浓度之间的化学平衡关系及Newton边界条件, 建立软水环境下水泥净浆的钙溶蚀模型, 并通过有限差分法, 对该模型进行数值求解; 其次, 进行不同水灰比的水泥净浆试件在6M NH₄Cl溶液中的加速钙溶蚀试验, 测定该溶液中各水泥净浆试件在不同溶蚀时间的钙硅比与孔隙率, 并将所建立模型的计算结果与实测结果进行对比分析, 验证模型的合理性; 最后, 利用验证后的钙溶蚀模型, 数值分析了环境水侵蚀下水泥净浆薄板孔溶液中钙离子浓度、固体钙含量及孔隙率的时空分布规律。结果表明, 模型的计算结果与试验测试结果基本一致; 溶蚀前期, 试件中固体钙含量下降速度和孔隙率增加速率均较大, 溶蚀后期, 试件固体钙溶蚀速率和孔隙率的增加速率逐渐减小。     

Numerical simulation of seismic damage and cracking of concrete slabs of high concrete face rockfill dams

Based on the damage constitutive model for concrete, the Weibull distribution function was used to characterize the random distribution of the mechanical properties of materials by finely subdividing concrete slab elements, and a concrete random mesoscopic damage model was established. The seismic response of a 100-m high concrete face rockfill dam(CFRD), subjected to ground motion with different intensities, was simulated with the three-dimensional finite element method(FEM), with emphasis on exploration of damage and the cracking process of concrete slabs during earthquakes as well as analysis of dynamic damage and cracking characteristics during strong earthquakes. The calculated results show that the number of damaged and cracking elements on concrete slabs grows with the duration of earthquakes. With increasing earthquake intensity, the damaged zone and cracking zone on concrete slabs grow wider. During a 7.0-magnitude earthquake, the stress level of concrete slabs is low for the CFRD, and there is almost no damage or slight damage to the slabs. While during a 9.0-magnitude strong earthquake, the percentages of damaged elements and macrocracking elements continuously ascend with the duration of the earthquake, peaking at approximately 26% and 5% at the end of the earthquake, respectively. The concrete random mesoscopic damage model can depict the entire process of sprouting, growing, connecting, and expanding of cracks on a concrete slab during earthquakes.     

大U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏数值模拟

视冻土为横观各向同性线弹性材料,将渠基冻土和渠道作为一个整体,应用大型有限元通用软件ANSYS,按有限元法大体积超静定结构温度应力计算方法,对大U形混凝土村砌渠道冻胀进行热应力间接耦合数值模拟,计算渠道的温度场、变形场和应力场,分析渠道冻胀受力和变形规律.结果能较好地反映大U形混凝土衬砌渠道的冻胀机理和冻胀温度场、应力场及变形场的基本规律,方法通用且过程简捷,可用于大U形混凝土衬砌渠道抗冻胀设计中.     

干湿循环下改性混凝土硫酸盐腐蚀的断裂性能试验研究

分别掺入粉煤灰、矿渣粉、硅灰和聚酯纤维对普通混凝土进行改性,通过切口梁三点弯曲断裂试验研究干湿循环方式下受5%Na2SO4溶液腐蚀混凝土的抗裂阻裂性能。计算分析了腐蚀后改性混凝土的荷载-裂缝口张开位移P-CMOD曲线特性、断裂韧度与断裂能,给出抗腐蚀增韧系数的定义,并研究了硫酸盐腐蚀环境下改性混凝土相对于普通混凝土的增韧效果,探讨了不同腐蚀时期改性混凝土的劣化机理。结果表明:腐蚀后改性混凝土的P-CMOD曲线经历了损伤初弯段、比例弹性段、稳定扩展段和软化段4个阶段;随干湿循环次数的增加,改性混凝土的抗腐蚀增韧系数总体呈先增大后减小趋势;掺加25%粉煤灰可显著增强腐蚀早期混凝土的断裂韧度,掺入聚酯纤维、矿渣有利于混凝土腐蚀后期失稳韧度的提升和断裂能的增加,而掺入硅灰对腐蚀混凝土的增韧效果不明显。