单轴压缩下不同含水率水泥混凝土的能量演化特征

能量演化贯穿于混凝土破坏的全过程。为探究含水率对受载混凝土能量演化特征的影响规律,对泡水0 h、6 h和24 h的C45水泥混凝土试样进行了单轴加载试验。结果表明:混凝土含水率越高,混凝土的刚度、相对抵抗变形和破坏的能力逐步下降;不同含水率混凝土的弹性能密度随应力比率呈幂指数增加;混凝土含水率越高,其储能极限越小,破裂所需要的耗散能越少;混凝土的能量分配形式相似,且混凝土含水率对能量分配影响不明显。在机场道面工程设计时,应加强排水设计,减轻含水率对其劣化的影响,延长道面使用寿命。     

单轴压缩下红砂岩能量演化试验研究

 岩石在变形至破坏过程中,伴随着能量的耗散和释放。为寻找加载过程中能量的演化规律,对红砂岩试件进行4种加载速率下单轴不断增加荷载循环加、卸载试验,得到弹性能和耗散能随应力的演化及分配规律。研究结果表明：(1) 破坏之前,试件吸收总能量、积聚弹性能、耗散能皆随应力的增大而增大,吸收总能量增加最快,弹性能次之,耗散能最慢。(2) 弹性能随轴向应力呈现非线性增长,在24%极限强度前增长速率较小,随后慢慢增大,临近破坏时又增长放缓;耗散能起初增长较缓慢,在即将破坏阶段显著大幅增加,增幅可达85%左右。(3) 整个加载过程弹性能所占比例约从60%增长到82%,增长速率逐渐变慢,而临近破坏时有小幅下降;耗散能所占比例的变化规律相反。(4) 在准静态加载范围内,大体上加载速率越小,耗散能越大;而加载速率对弹性能演化基本无影响。(5) 试件的弹性能密度–应力曲线无离散性,能够反映材料本身的固有性质。     

加载速率、干湿状态对混凝土强度的影响

通过不同配合比的普通混凝土在不同加载速率、干燥与湿润状态下的强度试验,探讨加载速率、干湿状态对混凝土抗压强度和破坏形态的影响。试验结果表明,强度等级为C20时,混凝土抗压强度随着加载速率的增加先增大后降低;不同加载速率下C30和C_a30(掺引气剂)混凝土抗压强度测试结果相差不大;强度等级为C60和C80时,混凝土抗压强度随着加载速率的增加而提高,且强度等级越高,增长幅度越大。干燥状态和湿润状态下混凝土试件抗压强度相差很小,可忽略干湿状态对混凝土抗压强度的影响。     

聚丙烯腈纤维对引气混凝土抗冻性的影响

采用快速冻融法,以质量变化和相对动弹性模量作为混凝土抗冻性能的评定指标,研究了聚丙烯腈纤维在三个体积掺量0.07%、0.1%、0.13%时对C30、C45和C60引气混凝土抗冻性的影响,其中引气混凝土含气量为4%.结果表明掺加聚丙烯腈纤维的引气混凝土的冻融破坏形态为表面剥落破坏,纤维混凝土在冻融作用下的内部损伤减轻.掺加聚丙烯腈纤维的C30、C45引气混凝土的抗冻性得到了很大的改善,纤维体积掺量为0.1%时,抗冻性最好;但聚丙烯腈纤维对高强度等级的C60引气混凝土的抗冻性提高幅度不明显.     

冲击荷载下饱水板岩拉伸力学特性及能耗规律EI北大核心CSCD

为研究饱水状态下层状板岩的动态拉伸力学特性及能量耗散规律,通过压杆直径为50 mm的SHPB系统进行巴西圆盘劈裂试验,研究水、层理倾角及加载率对板岩的动态拉伸强度、破坏模式及能量耗散的影响。研究结果表明:(1)随着加载率的增加,板岩动态拉伸强度及耗散能密度均提高;(2)当加载率低于395 GPa·s-1时,饱水板岩的拉伸强度低于干燥板岩,岩体强度呈现饱水软化现象;当加载率高于395 GPa·s-1时,饱水板岩的拉伸强度高于干燥板岩,岩体强度呈现饱水强化现象;(3)当加载角度θ=0°~15°时,饱水板岩为拉伸破坏;θ=30°~90°时,饱水板岩为拉伸剪切组合破坏;θ=75°和90°时,随着加载率的增加,饱水板岩的动态拉伸强度增幅更快,耗散能及耗散率最高;(4)冲击荷载下饱水板岩的耗散能密度高于干燥板岩。     

冲击荷载下全珊瑚混凝土动力特性

以珊瑚砾石、珊瑚砂为粗、细骨料,并拌和海水、水泥制备全珊瑚混凝土.利用分离式霍普金森杆(SHPB)系统进行应变率为30.12～143.32s~(-1)的冲击加载试验,获得全珊瑚混凝土试件的动态单轴压缩应力-应变曲线,并研究了其动态强度增长、能量耗散、破坏模式及破碎分形的应变率效应.结果表明:全珊瑚混凝土试件动态强度增长因子(DIF)与应变率的0.5次方呈线性正相关,且高于同等级普通硅酸盐混凝土;全珊瑚混凝土试件总应变能、弹性能和耗散能均与应变率呈线性正相关,耗散能比率随总应变能增加而增大;不同于普通混凝土胶结面的破坏形态,全珊瑚混凝土试件的破裂面往往贯穿于珊瑚骨料;全珊瑚混凝土试件破碎分形维数与其对数应变率呈线性正相关,利用分形维数可定量表征全珊瑚混凝土的破碎程度.     

二水石膏围压下轴向加载速率效应及能量耗散机制

开展不同加载速率下石膏力学特性演化试验研究,对探讨石膏矿山采空区失稳破坏和精细化处理有着重要理论研究意义。在围压10MPa下,进行不同加载速率的三轴压缩试验,研究不同加载速率下对二水石膏物理力学性质影响,深入分析加载速率对能量积累的影响及能量演化规律。结果表明:石膏试样破坏形式为剪切破坏,随着加载速率的增加,石膏试样的峰值强度和弹性模量都呈增大趋势;试样在加载后期并没有发生明显应力跌落现象,而是保持一定应力值不变;当加载速率大于0.04mm/min时,到达峰值出现应力屈服,应力表现出增–减–稳的变化趋势,说明石膏试样在高加载速率下通过内部结构调整,释放应变能,试样内部的损伤加剧;塑性阶段,石膏试样耗散能逐渐超过弹性能,峰值过后,耗散能迅速增加,总能量主要转化为耗散能成为主要分配方式,峰值后压力机产生的总能量主要被试样剪切面之间的摩擦吸收;轴向应变ε=0.01时,随着加载速率的增加总能量和耗散能有增加的趋势,弹性能减小;加载速率越高,石膏试样滑移面的剪切角度越大,破坏程度越高,与其对应的耗散能量呈正相关关系,峰后耗散能大小是决定石膏试样剪切破坏程度的本质因素。     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

循环载荷作用下煤样能量转化规律和声发射变化特征

 利用TAW–2000 kN三轴试验系统和SH–II声发射系统,对循环载荷下煤样能量转化规律和声发射特征开展研究。试验结果表明：通过煤样破坏形态和循环曲线规律,c05破坏瞬时突然崩裂,c06曲线破坏前出现明显塑性跳跃,c08局部失稳累计成扰动破坏,破坏时曲线不断波动。从能量转化角度分析失稳前兆,一次初判通过耗散能加速增长,弹性能达到峰值及弹性能量指数达到极大值,二次终判通过弹性能不变,塑性能增加。随着循环载荷的增加,耗散能整体呈现上升趋势。通过阻尼比评价煤样抗震性顺序为c06＞c08＞c05,结论与单轴抗压强度一致。以径向弹性能和体弹性能均呈现降低趋势和径向塑性能和体塑性能均呈现升高趋势作为失稳判据有一定参考。加载阶段声发射计数峰值呈现倒“梯形”,卸载阶段声发射计数峰值呈现递减趋势。循环载荷加载前期Kaiser效应明显,后期Felicity效应明显。通过加载阶段和卸载阶段声发射特征参数变化规律可知,塑性能可以利用加载阶段声发射计数和能量表征,耗散能可以利用卸载阶段声发射计数表征;通过循环加卸载声发射特征参数变化规律,声发射累计计数与塑性能呈现一致规律,耗散能和声发射能量规律性一致。通过声发射能量突升和声发射幅值的突降来预判煤岩的失稳。     

栓钉钢板企口预制混凝土梁端受力性能试验研究与设计方法

栓钉钢板企口为钢板两侧焊接栓钉的一种钢质企口,可作为预制混凝土次梁端的铰接节点。为研究栓钉钢板企口预制混凝土梁端受力性能,进行了8个试件的静力加载试验,得到了栓钉钢板企口梁的破坏模式、挠度曲线、栓钉应变、钢筋应变及梁端剪切变形等试验结果,分析了最外侧栓钉距梁端距离C1和梁端配筋构造对试件承载力及变形能力的影响,进一步分析了栓钉钢板企口梁端的传力机理,并提出了相关的设计方法。结果表明：试件的破坏模式有两种,分别为梁端剪撬或剪压破坏和钢板企口栓钉剪扭破坏;C1为60mm试件的梁端混凝土被撬开且破坏突然;C1为100mm试件的承载力平均比C1为60mm的试件提高27%,但C1为210mm试件的承载力却比C1为100mm的试件降低5%;梁端箍筋加密可提高试件承载力;可采用拉压杆模型计算栓钉钢板企口混凝土梁端的受剪承载力。建议将GB/T 51231—2016《装配式混凝土建筑技术标准》中的最外侧栓钉到梁端面的最大距离由200mm调整为100mm,且梁端优先采用C形筋的配筋形式。     

冻融循环作用下混凝土构件受压性能损伤试验研究

混凝土结构的冻融破坏是寒冷地区经常发生的自然灾害,冻融引起的混凝土结构的耐久性问题已不容忽视。在混凝土材料的抗冻耐久性研究的基础上,从构件层面上对冻融循环作用下混凝土强度等级C30、对称配筋的受压构件柱进行快速冻融试验,观察冻融作用后混凝土受压柱破坏的外观形态、质量损失与动弹性模量的变化,以及受损后的混凝土柱抗压性能的变化。试验结果表明:混凝土构件的冻融破坏与冻融循环次数有关,冻融循环作用次数越多,构件破坏越严重,其单轴受压承载力也随之降低,尤其是在冻融循环数达100次以后,构件性能劣化加剧。混凝土构件在轴向加载过程中,破坏形式呈混凝土压碎破坏。最后,建立了冻融循环作用后混凝土构件受压承载力的计算模型。     

早龄期普通混凝土直剪性能及损伤耗能分析

为了研究早龄期普通混凝土直剪作用下的力学性能,完成了12个普通混凝土试件的直剪试验,获取了试件的破坏形态及直剪荷载-位移全过程曲线,分析了直剪作用下龄期对普通混凝土直剪强度、峰值变形、变形模量、损伤演变、能量耗散等力学特征参数的影响规律。结果表明:龄期越长,受剪荷载-变形曲线上升段越陡峭;当龄期≤3 d时,混凝土断面剪切破坏形态为骨料与水泥基体之间界面的黏结破坏,当龄期≥7 d时,剪切破坏形态为骨料与水泥基体之间界面的黏结破坏与粗骨料本身的剪断破坏;随着龄期的延长,普通混凝土试件的峰值剪切变形减小,直剪强度、变形模量和能量耗散系数增大,混凝土损伤的出现变晚。     

废旧橡胶集料混凝土拌合物含气量及坍落度的试验研究

以C45普通混凝土为基准,用橡胶颗粒等体积取代细骨料制成橡胶混凝土,橡胶颗粒粒径分为5~8目、30~40目和60~80目三种,橡胶颗粒掺量分为5%、10%和15%三种。通过试验测定了不同配合比橡胶混凝土的含气量和坍落度,探讨了混凝土含气量和坍落度随橡胶颗粒粒径及掺量不同的变化规律。研究结果表明:橡胶颗粒的掺入起到了一定的引气作用,且橡胶颗粒掺量越大、粒径越小引气效果越明显;5~8目橡胶颗粒的掺入增大了混凝土的坍落度,且掺量越大增加效果越明显,而30~40目和60~80目橡胶颗粒的掺入使混凝土的坍落度先增加再减小。     

基于耗散能评价沥青混合料的疲劳性能

疲劳开裂是由于交通荷载重复作用而导致破坏累积的过程,是沥青路面结构破坏的一种主要形式。弯曲疲劳发生的典型模式是:水平拉应变造成沥青混凝土层底部的微裂缝,然后经由重复荷载作用致使微裂缝向上发展,最终导致路面破坏。常用的沥青路面疲劳特性的研究方法有现象学法、断裂力学法和耗散能法。为用不同的耗散能统计指标评价沥青混合料的抗疲劳性能,笔者在不同的加载条件和作用环境下进行两点梁弯曲试验,同时研究了混合料的一些特性,包括劲度模量、耗散能、疲劳寿命和愈合效果。     

多腔钢管混凝土异形柱不同方向抗震性能试验研究

为研究多腔钢管混凝土异形柱在不同加载方向的性能差异,设计并制作了5个1/30缩尺多腔钢管混凝土异形柱模型试件,截面构造包括13腔体基本型截面和5腔体简化型截面,基本型试件包括沿截面长轴加载、短轴加载和与长轴成45°方向加载的试件,简化型试件包括沿截面长轴加载和短轴加载试件。采用拟静力试验方法,对各试件的破坏特征、滞回性能、承载力、刚度退化、延性以及耗能能力进行研究。结果表明：各试件屈服位移角均值为1/92,破坏位移角均值为1/30,具有良好的延性;对于基本型试件,随着加载方向由长轴转向短轴,承载力及耗能能力逐渐降低,不同加载方向的性能差异显著;简化型试件的承载力较基本型试件的小,但具有更好的延性,耗能能力相当,且不同加载方向性能差异较小。使用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,所得模拟结果与试验结果吻合良好,由此进一步分析了钢筋笼、轴压比以及混凝土强度对异形钢管混凝土柱受力性能的影响,结果显示：钢筋笼能够提高试件承载力;随着轴压比增大,试件延性和承载力逐渐降低;试件承载力随混凝土强度增大而增大。     

矿物掺合料混凝土抗氯离子渗透性能及时变规律

以非稳态氯离子迁移系数(D值)为指标,研究了复掺粉煤灰和矿粉的混凝土抗氯离子渗透性能及其时变规律。结果表明:降低水胶比,延长龄期(180 d以内)都能使混凝土的抗氯离子渗透性能增强;一定范围内,抗氯离子渗透性能均随矿粉掺量的增加而增加,随粉煤灰掺量的增加而降低,当矿粉掺量分别为37.5%、31.9%时,C30、C45混凝土的抗氯离子渗透性能最佳;随着龄期延长,C30、C45混凝土的D值差距增大;C30、C45混凝土在90 d、180 d的D值与粉煤灰、矿粉掺量之间的定量关系可用线性公式来表达;C30、C45混凝土的D值与龄期之间的定量关系可用基于Fick第二定律的幂函数表达,其中,指数a与粉煤灰掺量的关系可用高次多项式来表达。     

混凝土构件协调扭转破坏机理的突变理论分析

基于混凝土构件协调扭转破坏时相邻构件的作用,建立受扭构件破坏的力学模型。运用突变理论对协调扭转破坏的机理进行分析,揭示了混凝土构件协调扭转破坏过程,并给出了构件脆性破坏的临界条件。研究表明:混凝土构件协调扭转的临界条件是由加载系统刚度与受扭构件本构曲线的软化段斜率绝对值的比值K确定,K<1时,受扭构件将发生脆性破坏。对于少筋和超筋构件脆性破坏机理是由于其本构曲线峰值强度后软化段部分斜率较陡,加载系统释放的弹性能超过构件所能耗散的能量所造成的。     

不同加载速率下CFRP加固混凝土梁动态力学性能试验研究

混凝土动态力学行为具有明显的率相关性,为此对CFRP加固混凝土梁试件开展了4种加载速率(0.1、0.01、0.001mm/s和0.0005mm/s)下的力学性能试验，通过位移控制的单调加载方式研究不同加载速率对CFRP加固混凝土梁试件的破坏过程、荷载-裂缝张口位移曲线、断裂能和延性指数的影响。基于实时、动态的声发射无损检测技术，对不同加载速率下CFRP加固混凝土梁断裂过程中的声发射参量进行识别和采集，从声发射角度分析了CFRP加固混凝土梁的受力特性。结果表明：低加载速率下，试件侧面预制缝附近伴有其他裂缝产生，且加载速率越低，其裂缝越明显；CFRP加固混凝土梁的开裂、极限、破坏荷载随加载速率的提高而增大；随着加载速率的提高，CFRP加固混凝土梁的断裂能和延性指数均明显增大；声发射累积振铃计数随加载速率的提高而增大。     

层理倾角对受载千枚岩能量演化及岩爆倾向性影响

选择5种不同层理倾角的千枚岩进行单轴一次加卸载试验,探讨层理倾角对千枚岩变形破坏过程中能量演化及岩爆倾向性影响.试验结果如下:各岩样应变能演化相似,在应力峰值前表现为能量积聚,峰值后为能量释放和耗散.但随着层理倾角的增大,其储能极限、残余弹性能和最大耗散能均呈U型变化,通过拟合在60°均取得最小值;随层理倾角增大,在峰前岩样的弹性能比例值呈倒U型变化,其中在60°取得最大值,表明峰前在60°处用于层理压密做的功最少.而且在峰前最大弹性能比例随层理倾角增加变化幅值较小,体现出峰前层理倾角对储能效率影响较小.在峰后弹性能比例下降幅度大小为60°>30°> 45°> 90°> 0°,说明含0°层理岩样的峰后裂隙发育最不充分表现出的脆性最大;结合弹性变形能指数(Wet)和冲击能量指数(Wcf)的优点建立新判据储能性能和峰后继续破坏耗散能的比例(W),并计算各倾角岩样的W值,其从小到大为60°→45°→30°→90°→0°.     

高性能混凝土抗渗性能的试验研究

混凝土抗水渗透性的不足会影响到结构的正常使用。文中针对掺有粉煤灰、矿粉的C45、C30高性能混凝土,采用渗水高度法,结合机理分析,研究了强度等级、龄期对混凝土抗水渗透性能的影响。研究结果表明:在龄期相同时,C45混凝土的渗水高度都小于C30混凝土,说明强度等级越高,抗渗性越好;随着养护龄期的增大,混凝土的抗渗性得到提高;在强度等级相同的情况下,矿粉的掺量越大,则抗渗性越强。