受力状态下混凝土材料劣化模型与可靠性分析

通过分析试验数据,修正和改进了现有混凝土碳化深度预测模型中的应力影响系数和水灰比影响系数,并给出了基于可靠性分析的混凝土结构材料劣化寿命准则。分析表明：拉、压应力状态下,混凝土碳化速率分别得到促进和抑制,特别是随着拉应力水平的增加,碳化速率越来越快;通过可靠性分析可得,混凝土材料劣化概率与可靠度存在一一对应的关系,同时混凝土保护层厚度和应力水平对混凝土结构的寿命影响显著,在具有相同可靠度保障时,随着拉应力水平的提高或保护层厚度的减小,混凝土材料的劣化时间将缩短。     

表层混凝土导热系数规律的试验研究

表层混凝土导热系数对评价自然气候温度变化下表层混凝土内温度响应规律研究具有重要意义,是钢筋混凝土耐久性评价的一个重要参数.重点了解混凝土水灰比和含水率对其导热系数的影响规律;采用导热系数测定仪,对表层混凝土导热系数进行了试验研究,得到了与混凝土水灰比和含水率相关的表层混凝土导热系数预计模型.     

高温后钢纤维混凝土压-剪复合受力研究

为研究高温后钢纤维混凝土压剪复合受力下的力学性能,以压应力比和温度作为参数,对20组钢纤维混凝土分别开展直剪试验和压剪试验,对比分析不同试件的破坏形态,探究了温度和压应力比对剪切强度的影响,并基于3种理论建立了高温后钢纤维混凝土压剪复合应力状态下的破坏准则。结果表明压剪复合受力状态下,混凝土剪切强度主要由接触摩阻力贡献,钢纤维混凝土峰值剪切强度随压应力比增大而增大,随温度升高而降低;随着压应力增大,剪切面上摩阻系数降低,峰值剪切强度增长幅度降低。依据试验数据,对比基于不同理论所建立的高温后钢纤维混凝土压剪破坏准则,考虑精确度和适用性,基于应力不变理论建立的破坏准则效果最好。     

双向应力下碾压混凝土动态力学性能

对含层面碾压混凝土试块进行了不同加载速率下的双轴压和双轴拉压试验,系统研究了加载速率对碾压混凝土强度及变形特性的影响.结果表明:在层面处理良好的情形下,碾压混凝土的拉压强度随加载速率以及侧向压力的变化规律,与常态混凝土动态拉压试验及双轴试验的变化规律有一定的相似性.根据试验结果建立了针对不同应力状态下碾压混凝土的动态强度准则,为评价爆炸及地震等动荷载作用下碾压混凝土工程结构的响应提供了参考.     

恒定气候环境下表面裂缝对混凝土内部湿度响应的影响

为了研究开裂混凝土内部微环境与外部环境的湿度响应关系,通过人工模拟恒定气候环境,开展了不同裂缝工况下混凝土内部湿度响应试验,并考虑了不同水灰比和不同粉煤灰掺量的影响; 提出了考虑表面裂缝影响的混凝土等效湿气扩散系数计算公式,建立了恒定气候环境下带表面裂缝混凝土内部湿度响应预测模型,并验证了模型的可行性。结果表明:有裂缝混凝土内部湿度响应速率高于无裂缝混凝土,在裂缝工况下,混凝土湿度响应速率随裂缝宽度的增加变化不明显,随裂缝深度的增加呈线性增大; 有裂缝混凝土内部湿度响应速率随水灰比的增大而增大,无粉煤灰的普通混凝土试件内部湿度响应速率依次大于30%和15%粉煤灰掺量(质量分数)试件; 裂缝在不同水灰比及不同粉煤灰掺量下对混凝土内部湿度响应的影响程度有所不同。     

高温下高强混凝土导热系数反演及其变异性

为研究高温下高强混凝土(HSC)的导热系数,对6种工况下的高强混凝土试件进行了高温试验,得到不同高温下高强混凝土的内部温度场。基于一维热传导理论和实测温度,利用差分原理推导的离散温度点表示的导热系数计算公式,反演分析了高温下高强混凝土的导热系数,并分析了高温下导热系数的变化规律及变异性;最后建立了高温下高强混凝土导热系数的计算公式。研究结果表明:高温下高强混凝土内部的温度变化可以分为3个阶段,高温下高强混凝土的导热系数随着温度的升高而逐渐降低,但是在200℃~400℃时出现反弹现象,500℃后趋于稳定;利用所建立的导热系数公式计算的温度场与相关文献中试验结果吻合较好。     

高温条件下混凝土动态抗压性能试验研究

应用分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressyre bar,SHPB)和电阻式高温加热炉开展了高温条件下混凝土的动态抗压性能试验研究。试验过程中分别对混凝土试件进行了不同温度条件下(20、200、400、600、800℃)的静、动态压缩试验,获得了混凝土试件在不同温度条件下的应力-应变曲线。通过对应力-应变曲线进行比较分析,研究温度和应变率对混凝土力学性能的影响。试验结果表明,混凝土具有明显的应变率强化效应和温度损伤效应。在各试验温度下,混凝土的动态抗压强度随着应变率的提高而提高;同一加载速度下,混凝土的动态抗压强度随着试验温度的升高大幅度降低。     

多次连续冲击下钢管混凝土的动力学特性

钢管混凝土是一种以轴心受压构件为主的组合结构,因为其具备良好的受力功用和施工性而飞速发展。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)对几种不同混凝土强度、不同钢管厚度的钢管混凝土进行了动态冲击试验。结果表明,相同气压和相同钢管壁厚条件下,钢管混凝土试件强度越高,其承载能力越高;相同混凝土强度和相同钢管壁厚度条件下,加载气压越大,其应力峰值越大,随着冲击次数的增加,钢管混凝土试件破坏加剧,其承载力也在降低;相同气压和相同强度条件下,钢管混凝土试件的钢管壁厚越大,其承载能力越高。     

多因素耦合作用下海工高性能混凝土劣化过程研究

通过试验模拟研究了在不同环境条件下海工混凝土的抗压强度、轴拉性能、水溶性氯离子含量变化过程。结果表明:在低水胶比条件下,长龄期标养试件抗压强度高于干湿循环试件,而高水胶比条件下,标养试件强度低于干湿循环试件;无论是在干湿循环还是在标养条件下,试件的轴拉强度与极限拉伸值均随时间的增加而增加,试件的轴拉弹模随着养护时间的增加而降低;按照现行的试验方法,在腐蚀溶液与干湿循环耦合条件下,试验龄期1年内,试件的力学性能基本无变化,为提高试验效率,降低试验成本,现行的试验规程应用于高性能混凝土需重新修订;当试件承受超过50%极限拉应力时,混凝土表面开始产生微裂缝,加速腐蚀溶液的侵蚀速度;当构件承受的拉应力小于50%极限拉应力时,混凝土构件基本无破坏,腐蚀溶液对混凝土不存在加速破坏现象。     

基于正交试验的寒区混凝土导热系数影响因素研究

为研究寒区混凝土的导热系数,利用正交试验方法,选用水胶比、骨料体积分数、饱和度、粉煤灰掺量、矿渣掺量作为影响因素,每个因素取四个水平,采用QTM-500导热仪测试上述混凝土在不同温度条件下(-30、-20、-10、0、10、20℃)的导热系数,考察不同温度下混凝土导热系数的变化规律,并对试验结果进行极差、方差分析,确定各因素对混凝土导热系数影响程度、显著性。研究结果表明:混凝土的导热系数与温度呈负相关性,水胶比、饱和度较大的混凝土导热系数随着温度的降低在温度敏感区(-10～0)℃范围内骤增;在(0～20)℃范围内,各影响因素对混凝土导热系数影响的大小顺序为:骨料体积分数饱和度水胶比矿渣掺量粉煤灰掺量,(-10～-30)℃时,顺序稍有改变,饱和度对混凝土导热系数的影响最大;在(-30～20)℃范围内,骨料体积分数、饱和度对混凝土导热系数的影响特别显著。研究结果为寒区混凝土导热特性提供更为重要的理论依据。     

冻融循环后轻骨料混凝土双轴拉(劈拉)压强度试验和破坏准则研究

进行海水中不同冻融循环次数后轻骨料混凝土双轴拉(劈拉)压状态下的强度试验,考察试件的破坏形态和表面裂缝的走向特征。根据试验结果分析双轴拉压状态下的极限抗压、劈拉强度随冻融循环次数和应力比的变化规律。并在此基础上,建立不同冻融循环次数后主应力空间的破坏准则和考虑冻融循环影响的八面体应力空间的统一破坏准则,为寒冷海洋环境条件下轻骨料混凝土结构在经受拉压组合荷载作用时的强度分析提供试验和理论依据。     

冻融循环对再生混凝土砖砌体抗压性能的影响

基于国内人工气候模拟实验室,对24个再生混凝土砖砌体试件进行不同循环次数的冻融模拟试验,进而进行轴心抗压试验,研究了冻融循环次数对再生混凝土砖砌体抗压性能的影响.对比分析了砌体试件破坏形态、抗压强度、应力-应变关系随冻融循环次数增加的变化规律;建立了砌体试件抗压强度均值随冻融循环次数退化的关系式;通过对砌体试件实测应力-应变数据的拟合,得到了不同冻融循环次数下砌体试件的抗压本构关系曲线.所得结果可为冻融循环下在役砌体结构耐久性研究以及抗震性能评估提供理论基础.     

混凝土单轴受拉动力本构试验技术

通过对混凝土单轴受拉试验方法的研究,提出了影响混凝土单轴受拉应力-应变全曲线的影响因素,结合以往研究成果,建议了一种用于混凝土单轴受拉的试验方法。采用MTS815试验机,考虑三种加载速率,在位移和应变率双重控制下,对混凝土试件进行了动力加载条件下的单轴受拉应力-应变全曲线试验。结果表明,该方法简单方便,引伸计所测部位应力分布均匀,试验结果稳定,为研究混凝土在动力加载条件下的破坏机理提供了试验依据。     

混凝土轴心受拉声发射Kaiser效应试验研究

通过对48个试件进行轴拉声发射试验,研究混凝土试件在往复循环拉伸加载条件下Kaiser效应的有效性及其应力范围,探讨混凝土材料中Kaiser效应与Felicity效应的关系,并就Kaiser效应的影响因素进行系统全面的分析.结果表明:混凝土在轴心受拉试验中存在明显的Kaiser效应,其存在的机理是混凝土材料损伤不可逆的结果.Kaiser效应存在的应力上限值约为极限抗拉强度的80%.Felicity比随着相对应力水平的提高而单调下降,当达到较高的应力水平后,Felicity比迅速下降,Kaiser效应衰退,出现Felicity效应.加载速率对混凝土轴拉声发射Kaiser效应基本没有影响;而加载制度、应力水平、卸载后放置的时间以及干湿条件等对混凝土轴拉声发射Kaiser效应产生较大的影响.研究结果为应用声发射技术探讨混凝土拉伸破坏机理奠定基础,同时也为Kaiser效应的工程实际应用提供参考.     

活性粉末混凝土热工参数试验研究

采用热线法对4种不同体积纤维掺量（素活性粉末混凝土、体积掺量0.2%聚丙烯纤维、体积掺量2%钢纤维、混合掺加体积掺量0.2%聚丙烯纤维和2%钢纤维）、几何尺寸为230mm×165mm×65mm的活性粉末混凝土（RPC）试件进行导热系数测定试验,获得了常温及100、200、300、400、500、600、700、800、900℃下的RPC导热系数实测值。研究温度、纤维种类和掺量对RPC导热系数的影响,拟合得到了RPC导热系数随温度升高而降低的关系式。并将RPC导热系数与高强混凝土和普通混凝土对比,结果表明,RPC的导热系数高于高强混凝土和普通混凝土。进行RPC试件的反演分析用高温试验,测量高温炉内试件中心温度。综合RPC导热系数实测值与试件中心实测升温曲线,采用ABAQUS有限元分析软件对高温下RPC试件的温度场进行模拟,进而反推出与各测点温度相对应的RPC比热容值,建立了常温至100℃及600~900℃时为常值,100~600℃随温度升高而增大的RPC比热容计算式。     

应力、碳化及酸雨作用下混凝土中性化试验研究

考虑酸雨、碳化和荷载等单一因素及多因素耦合作用下混凝土构件中性化的影响因子,对室内快速劣化试验进行设计与研究。通过模拟酸雨侵蚀和碳化作用对无应力、弯曲应力和轴心压应力混凝土试件进行相应试验,研究多因素作用下混凝土构件的中性化规律及耦合效应。试验结果表明,碳化和酸雨存在耦合现象,酸雨在某种程度上抑制碳化作用,酸雨和碳化耦合系数小于1,混凝土中性化各因素影响由低到高依次为dSdSTdTdTSd(T+S);无论酸雨、碳化等单一因素或多因素耦合作用,混凝土中性化深度值都与时间平方根呈正比关系;拉应力可促进混凝土中性化,而压应力抑制其中性化,应力与混凝土中性化深度值之间呈近似线性关系,并通过试验数据拟合出不同腐蚀模式下的应力影响因子。     

弯曲应力损伤下钢筋混凝土抗碳化性能研究

通过自行设计研制的长期弯曲荷载持载装置,对4种不同粉煤灰掺量的钢筋混凝土构件进行弯曲应力损伤下的快速碳化试验。测量构件碳化深度,研究粉煤灰掺量、弯曲应力水平对其产生的影响,提出钢筋混凝土碳化损伤拉压影响系数,并分析拉应力下素混凝土和钢筋混凝土碳化损伤的差异。研究结果表明:粉煤灰掺量的增大会提高构件碳化深度;弯拉应力加剧了构件碳化损伤,弯压应力抑制了构件碳化损伤;拉应力作用下素混凝土和钢筋混凝土构件在碳化深度和碳化损伤趋势上均有所差异。     

拉压应力下自密实混凝土碳化性能试验研究

制作了4组单掺粉煤灰自密实混凝土试件和2组复掺粉煤灰与矿渣的自密实混凝土试件,以及1组用以对比的普通混凝土试件.通过快速碳化试验研究各种拉、压应力水平,掺和料用量等因素对自密实混凝土抗碳化性能的影响规律.研究表明:在各种拉、压应力水平下,掺量在40％(质量分数,下同)以内时粉煤灰对混凝土碳化性能的影响很小,超过40％后其影响迅速增大,而复掺粉煤灰与矿渣后混凝土的抗碳化性能大大改善,两者按质量比1:1复掺时,水泥取代率可提高至60％.自密实混凝土的碳化深度随着拉应力水平的增大而增大,而随着压应力水平的增大呈现先减小后增大的变化趋势.提出了应力状态下自密实混凝土碳化深度预测模型的建立方法.     

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。     

不同因素对陶粒混凝土导热系数的影响研究

为了研究陶粒混凝土在不同影响因素下的导热系数变化规律,利用单因素试验方法,通过稳态法中的热流计法(DRPL-Ⅱ型导热系数测定仪)对陶粒混凝土试件进行了导热系数试验,考察了砂率、粉煤灰掺量、浸水时间三个影响因素对陶粒混凝土导热系数的影响。结果表明:陶粒混凝土的导热系数随着砂率的增大而减小;陶粒混凝土的导热系数随着粉煤灰掺量的增大而先减小后增大;陶粒混凝土的导热系数随着浸水时间的增加逐渐增大并趋于稳定。研究结果为陶粒混凝土结构内部温度场的精确计算以及保温隔热性能的控制提供更为重要的理论依据。