再生混凝土细微观结构和破坏机理研究

再生骨料相当于天然骨料表面附着了一层老砂浆,老砂浆力学性能相对天然骨料较差,造成了再生混凝土内界面过渡区的数量、分布和性能的不同,从而影响了再生混凝土的力学性能.首先通过试验方法研究了再生混凝土中老砂浆的含量和分布;利用扫描电镜考察了新老界面过渡区形貌的异同,分析了老砂浆对界面过渡区的影响;采用有限元软件ANSYS对再生混凝土细观结构的受力特征和破坏机理进行了初步分析.最后利用不同强度等级的废旧混凝土加工成再生粗骨料,制备成再生混凝土,测试其抗压强度和劈裂抗拉强度,验证了再生混凝土受力的破坏机理.     

再生混凝土单轴力学性能指标统一计算方法

对大量再生混凝土单轴力学性能试验资料进行整理分析,基于统计分析方法,在借鉴普通混凝土力学模型的基础上,对不同取代率下再生混凝土的各种力学性能指标进行统一分析,提出了适用于不同取代率下再生混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、轴心抗拉强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、轴心受压峰值应变和轴心受拉峰值应变的统一计算公式,建立了再生混凝土单轴受压、受拉的应力‐应变全曲线表达式,并将公式计算结果与试验结果进行对比。结果表明：计算结果与试验结果吻合较好;提出的再生混凝土单轴力学性能指标统一计算公式精度较高。     

改性再生混凝土抗压强度试验研究及数值模拟

通过试验探讨了粉煤灰掺量对再生混凝土抗压强度的影响,试验表明,随着粉煤灰掺量的增加,再生混凝土的抗压强度先增大后减小,粉煤灰掺量约为10%的再生混凝土抗压强度达到最大。结合蒙特卡罗方法和富勒级配理论,应用Ansys的APDL参数化编程,选取合适的材料参数和新老砂浆界面强度模拟再生混凝土试件加载过程,模拟结果和试验现象较为吻合。     

老砂浆对再生混凝土力学性能影响模拟试验

再生混凝土和普通混凝土的内在区别主要在于老砂浆的存在与否,为了能够准确把握再生混凝土的力学性能和影响因素,从老砂浆入手,研究其强度、含量和分布特点。将原始混凝土剔除骨料制备成砂浆试块,并研究其力学性能,将原始混凝土破碎制成再生粗集料并制备成再生混凝土,研究其力学性能和破坏形态,并根据切割断面研究再生集料中老砂浆含量和分布,分析老砂浆对再生混凝土力学性能的影响。     

基于Python的再生混凝土细观性能模拟方法研究

将再生混凝土看作由原生骨料、老砂浆基体、老界面区、新砂浆基体、新界面区组成的三维细观结构,运用具有动态语义特征的PYTHON语言编写基于蒙特卡罗法生成三维再生混凝土随机骨料模型的算法,通过PYTHON操纵ABAQUS软件内核,实现模型构建与数值分析的合理整合,采用该算法建立四种不同骨料含量的三维再生混凝土随机骨料模型,并对45%骨料含量的模型力学性能进行了数值计算分析.结果表明:通过PYTHON建立的三维再生混凝土随机骨料模型与真实再生混凝土中骨料的随机性和投放率的切片细观结构相符合;三维再生骨料模型的力学性能指标与试验结果吻合较好;该方法较好地解决了构建再生混凝土三维随机骨料模型的技术难题,满足工程应用的需要.     

施工期混凝土力学性能的试验研究

通过测试施工期混凝土材料的力学性能参数(立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变本构关系曲线),研究了混凝土力学性能随龄期的变化规律,参照相关文献考虑龄期的影响建立了施工期混凝土各力学性能参数的计算模型.研究表明:随着龄期的不断增长,混凝土立方体抗压强度、劈拉强度、轴心抗压强度、弹性模量、应力-应变曲线的峰值应力逐渐增大,而应力-应变曲线的峰值应变逐渐减小;前7d混凝土各力学性能指标变化速度较快,7d后变化速度逐渐变缓.     

再生混凝土轴心受拉应力-应变关系

设计了轴心受拉试验装置,考虑再生粗骨料取代率、钢纤维体积掺量和长径比等因素,对再生混凝土轴心受拉性能进行了试验研究,提出了与现行规范相衔接的轴心受拉本构方程。结果表明:再生混凝土轴心受拉的裂缝形态、断面特征等与普通混凝土存在较大差异;随着取代率增大,再生混凝土的抗拉强度呈下降趋势,受拉峰值应变略微增大;添加钢纤维之后,在一定范围内,抗拉强度随钢纤维掺量增加显著提升,但受拉峰值应变先增加后减小;钢纤维长径比的增加使得抗拉强度提升,但同时降低了受拉峰值应变。     

基于细观力学模型的混凝土温度裂缝研究

建立了混凝土的细观力学模型,考虑骨料、砂浆和界面的3相组成,利用Weibull概率分布对各相材料的力学参数进行随机赋值,体现出材料的细观特征和不均质特性.基于混凝土弹脆性损伤模型,对混凝土开裂进行数值模拟,以单轴压缩和3点弯曲梁实验对该方法进行了验证,同时提出了通过宏观性质演算细观参数的方法,最后,模拟了寒潮工况下早龄期混凝土在不同保温条件下的开裂.结果表明:该方法能较好地模拟混凝土材料中微裂纹的萌发和扩展,能较好地反应混凝土材料在温度荷载下开裂的全过程.     

采用块体-界面体系的砌体结构简化细观模型

基于ABAQUS装配式建模构架,提出了一种砌体结构的简化细观模型。该建模方法将块体砂浆界面及砂浆层统一采用块体间的界面来代替。界面属性包括法向和切向的力学参数,用来模拟砌体的剪压及受拉行为。界面的法向受拉采用粘性力学参数赋值,并通过与轴心受拉本构模型的等效,推导得出控制界面损伤演化速率的无量纲指数α的计算方程。剪压复合受力模型基于剪摩理论建立,通过粘性属性和库伦摩擦赋值。当剪压复合受力构件处于高轴压比时,通过块体的非线性属性实现了主压应力为主控的损伤阀值。按照该方法进行剪压相关性和砖墙剪切失效的试验仿真模拟,模拟得出的失效形态及力-位移曲线与试验结果基本相符。     

混凝土受拉力学性能统一计算方法

对近20年国内进行的C10-C110强度等级的混凝土受拉力学性能的试验资料进行了重分析，结果表明，随着混凝土强度等级的提高，混凝土的轴心抗拉强度、劈拉强度、受拉弹性模量及受拉峰值应变等各力学性能指标和轴心受拉应力一应变关系曲线均具有连续变化规律．基于统计分析方法，提出了C10-C110强度等级混凝土轴心抗拉强度、劈拉强度及受拉峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受拉应力-应变全曲线计算公式，计算结果与实测结果吻合较好，对开展混凝土结构的非线性有限元分析和设计具有参考价值．     

Improved parameter selection method for mesoscopic numerical simulation test of direct tensile failure of rock and concrete

In order to numerically simulate the failure process of rock and concrete under uniaxial tension, an improved method of selecting the mechanical properties of materials was presented for the random mechanic parameter model based on the mesoscopic damage mechanics. The product of strength and elastic modulus of mesoscale representative volume element was considered to be one of the mechanical property parameters of materials and assumed to conform to specified probability distributions to reflect the heterogeneity of mechanical property in materials. With the improved property parameter selection method, a numerical program was developed and the simulation of the failure process of the rock and concrete specimens under static tensile loading condition was carried out. The failure process and complete stress-strain curves of a class of rock and concrete in stable fracture propagation manner under uniaxial tension were obtained. The simulated macroscopic mechanical behavior was compared with the available laboratory experimental observation, and a reasonable agreement was obtained. Verification shows that the improved parameter selection method is suitable for mesoscopic numerical simulation in the failure process of rock and concrete.     

包浆再生粗骨料对自密实混凝土力学性能及抗冻性的影响

通过自密实包浆再生骨料混凝土力学性能及快速冻融循环试验,从试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及冻融后试件的质量损失率、抗压强度损失率及相对动弹性模量角度研究了再生粗骨料包浆对自密实再生混凝土性能的影响,结合SEM电镜试验从微观上分析了骨料包浆对混凝土抗冻性能的改善机制.结果 表明:普通混凝土和再生混凝土的劈裂抗拉强...     

粉煤灰与再生骨料对自密实再生混凝土的影响

为了分析自密实再生骨料混凝土与自密实天然骨料混凝土的力学性能差异,以粉煤灰掺量与再生骨料特性为研究因素进行对比试验.结果表明:粉煤灰掺量为25%时,自密实再生混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度最大,但拉压比最小;提高再生骨料的原生混凝土强度使自密实再生混凝土的劈裂抗拉强度和拉压比均增大,但轴心抗压强度几乎无变化;当粉煤灰掺量低于50%时,再生骨料的原生混凝土强度对自密实再生混凝土的立方体抗压强度几乎无影响.     

A multiphase mesostructure mechanics approach to the study of the fracture-damage behavior of concrete

A multiphase mesostructure mechanical model is proposed to study the deformation and failure process of concrete considering its heterogeneity at the meso scopic level. Herein, concrete is taken as a type of three-component composite material composed of mortar matrix, aggregates and interfaces on the meso-scale. First, an efficient approach to the disposition of aggregates of concrete and a state matrix method to generate mesh coordinates for aggregates are proposed. Secondly, based on the nonlinear continuum damage mechanics, a meso-scale finite element model is presented with damage softening stress-strain relationship for describing the mechanical behavior of different components of concrete. In this method, heterogeneities of each component in the concrete are considered by assuming the material properties of three components conform to the Weibull distribution law. Finally, based on this multiphase meso-mechanics model, a simulation analysis of fracture behavior of a rock-fill concrete (RFC) beam is accomplished. The study includes experimental tests for determining basic mechanical parameters of three components of RFC and four-point flexural beam tests for verification of the model. It is preliminarily shown that the numerical model is applicable to studying failure mechanisms and process of concrete type material.     

混凝土双轴拉-压随机本构方程分析

在混凝土受拉、压随机损伤本构关系研究基础上，研究了混凝土在双轴拉-压作用下随机损伤本构关系；通过考虑混凝土内部各组项的影响，考虑由侧向均布压应力所引起的横向Poission自由应变和剪切应变，建立起双轴拉-压损伤机理模型；根据混凝土破坏过程的能量守恒原理，导出了混凝土受双轴拉压破坏的随机损伤本构方程．     

A multiphase mesostructure mechanics approach to the study of the fracture-damage behavior of concrete

A multiphase mesostructure mechanical model is proposed to study the deformation and failure process of concrete considering its heterogeneity at the meso scopic level. Herein, concrete is taken as a type of three-component composite material composed of mortar matrix, aggregates and interfaces on the meso-scale. First, an efficient approach to the disposition of aggregates of concrete and a state matrix method to generate mesh coordinates for aggregates are proposed. Secondly, based on the nonlinear continuum damage mechanics, a meso-scale finite element model is presented with damage softening stress-strain relationship for describing the mechanical behavior of different components of concrete. In this method, heterogeneities of each component in the concrete are considered by assuming the material properties of three components conform to the Weibull distribution law. Finally, based on this multiphase meso-mechanics model, a simulation analysis of fracture behavior of a rock-fill concrete (RFC) beam is accomplished. The study includes experimental tests for determining basic mechanical parameters of three components of RFC and four-point flexural beam tests for verification of the model. It is preliminarily shown that the numerical model is applicable to studying failure mechanisms and process of concrete type material.

     

型钢再生混凝土高轴压比柱抗震性能试验

为研究3种不同再生粗骨料取代率的足尺型钢再生混凝土柱试件在高轴压比及较低轴压比下的抗震性能差异,本文通过40 000 k N多功能试验机对4个柱试件进行了低周反复荷载试验.观察分析各试件的受力性能及破坏特征,得到不同设计变量对试件的水平承载力、滞回性能、骨架曲线、耗能、变形及刚度等的影响规律.结果表明:4个柱试件的最终破坏形态均为弯剪破坏;各试件滞回曲线较饱满,试件耗能性能较好;再生粗骨料取代率增大,会使试件的变形能力有所降低,但对试件水平承载力及刚度退化影响不大;轴压比增大,试件的水平承载力、刚度及耗能性能提高,但承载力下降加快,刚度退化加剧,延性降低.总体来看,型钢再生混凝土柱在高轴压比下仍然能保持较好的抗震性能,可为后续的理论研究及实际工程应用提供依据.