再生混凝土的冲击力学特性及本构模型研究

为了解再生混凝土的冲击力学性能,以粗骨料全取代下的再生混凝土试样为材料,利用霍普金森压杆对其进行不同冲击气压下的动态单轴压缩试验,对其动力学特性进行分析,结果表明：冲击荷载下,再生混凝土的应力-应变曲线分为3个阶段,即线弹性阶段、塑性发展阶段和破坏阶段;当应变率小于60 s-1时,再生混凝土的应力-应变曲线存在明显的回弹现象;再生混凝土的动力学参数存在明显的应变率增强效应,其中动态峰值应力与应变率呈线性关系,动态弹性模量与应变率呈指数关系,动态应力增长因子与应变率的自然对数呈指数关系;建立的基于界面脱黏损伤的再生混凝土动态本构模型与试验曲线吻合度良好,该模型可以表征再生混凝土在冲击荷载下的本构曲线特征。为再生混凝土冲击力学性能、动力参数及本构关系的研究提供指导和依据。     

预制与后浇混凝土粘结后的动态劈拉性能

为研究预制与后浇混凝土粘结后混凝土试件的动态劈拉性能,采用74变截面分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,在不同应变率下,对粘结面粗糙度类型不同的试件进行了动态劈拉试验.结果表明:预制与后浇混凝土的动态劈拉强度和动态增大系数均表现出较强的应变率效应;预制与后浇混凝土的动态劈拉应力-应变曲线可分为弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段;混凝土试块出现了径向劈裂、径向与粘结面均劈裂这2种主要破坏形态;试件粘结面粗糙度越大,其动态劈拉应力-应变曲线中屈服台阶越明显,其动态劈拉强度也越大,表现出明显的延性特征.     

氯盐环境下钢筋锈蚀损伤混凝土应力应变本构模型

采用加速腐蚀试验,对氯盐环境下钢筋锈蚀损伤混凝土棱柱体试件的破坏形态、应力-应变全曲线、峰值应力、峰值应变、极限应变及弹性模量进行了试验研究.结果 表明:钢筋锈蚀损伤混凝土试件的破坏多为微柱失稳破坏,大致平行于受力方向的锈胀裂缝是主要的破裂面;钢筋锈蚀损伤混凝土实测应力-应变全曲线与未锈蚀损伤混凝土相似,但是随着钢筋锈蚀率的增加,其应力-应变全曲线上升段的斜率逐渐减小,峰值应变增大;钢筋锈蚀率越大的试件,脆性越明显;钢筋锈蚀损伤混凝土试件的峰值应力均低于未锈蚀损伤试件,峰值应变、极限应变随钢筋锈蚀率增加而增大,弹性模量随钢筋锈蚀率增加而减小;建立了钢筋锈蚀损伤混凝土应力-应变本构模型,模型计算值与实测值吻合较好.     

泡沫混凝土单轴受压本构关系试验研究

基于对泡沫混凝土材料性能及其影响因素的研究,采用普通硅酸盐水泥制备泡沫混凝土棱柱体试件,进行单轴受压试验,分析试件的破坏形态及其力学性能;分别拟合密度800,1000,1200,1600(kg/m~3)的泡沫混凝土单轴受压应力-应变曲线,并将上述4条曲线拟合为泡沫混凝土单轴受压应力-应变全曲线,确定其本构方程,为有限元分析和计算提供依据。     

高温后再生混凝土三轴受压本构关系

对高温后再生混凝土圆柱体试件(Ф100×200mm)进行了常规三轴加载试验,获得了高温后再生混凝土应力-应变全过程曲线,拟合了高温后再生混凝土三轴受压本构方程.结果表明:在单向应力下,高温后再生混凝土应力-应变全过程曲线有比较明显的尖峰.随着侧向围压的增加,高温后再生混凝土应力-应变全过程曲线逐渐变得平缓和丰满.高温后再生混凝土三轴受压本构关系曲线变化趋势与普通混凝土类似.所拟合出的高温后再生混凝土三轴受压本构方程能较好拟合试验结果.     

普通混凝土与轻集料混凝土的受压动力性能

为探究混凝土结构的动力特性,对轻集料混凝土与普通混凝土进行了10种应变率下的单轴受压动力性能试验,得到了2种混凝土应力-应变曲线及不同工况下的破坏形态特征.根据试验所得应力-应变曲线提取试件的峰值应力、峰值应变和弹性模量,同时对不同加载工况下试件破坏形态进行动力特征对比分析.结果表明:静动力应变率下普通混凝土的破坏形态主要是黏结材料破坏,而轻集料混凝土的破坏形态主要是轻骨料剪切破坏;随着应变率的提高,2种混凝土峰值应力、弹性模量均有明显提高,但轻集料混凝土较普通混凝土受加载应变率的动力影响更为明显;普通混凝土、轻集料混凝土峰值应变随应变率变化较小但其离散性较大.同时根据试验结果建立了普通混凝土与轻集料混凝土的应变率与峰值应力、弹性模量的关系公式,峰值应力和弹性模量经无量纲化处理后的值与相对应变率的对数值成线性关系.     

再生混凝土的单轴压缩动态力学性能EI北大核心CSCD

利用再生粗骨料取代天然粗骨料制备再生混凝土,开展了单轴受压动态力学性能试验,研究了应变速率、再生骨料取代率对再生混凝土应力-应变曲线特征、弹性模量、抗压强度和峰值应变的影响.利用统计损伤模型分析了再生混凝土的细观损伤演化规律.结果表明:不同应变速率下再生混凝土的单轴压缩应力-应变全曲线具有相似性,随着应变速率的提高,其抗压强度、弹性模量呈增大趋势,峰值应变则逐渐减小;当取代率为100%时,再生混凝土表现出更显著的应变速率敏感特性;随着应变速率的提高,表征细观损伤非均质演化过程的特征参数呈现出明显规律性的变化,与微结构应变率效应机理、宏观非线性本构行为之间表现出良好的一致性.     

模型试验的微粒混凝土力学性能试验研究

开展微粒混凝土不同加载应变率和不同初始静态荷载下力学性能和抗压强度尺寸效应试验研究。试验结果表明:微粒混凝土的动态抗压强度和弹性模量随着加载应变率的增加而提高,不同应变率下微粒混凝土峰值应力处的应变基本相同,应力-应变曲线相似,破坏形式相同;微粒混凝土的动态抗压强度随着初始静载比例的提高而降低,但破坏形式相同。振动台模型试验中微粒混凝土可以较好地模拟原型普通混凝土。在试验的基础上,进一步建立考虑应变率和初始静载影响的微粒混凝土抗压强度和弹性模量计算方法,提出微粒混凝土不同应变率下本构关系实用计算模型和抗压强度尺寸效应计算公式,建立振动台模型试验微粒混凝土强度控制准则。研究成果可用于振动台模型试验微粒混凝土相似关系设计和结果分析。     

火灾(高温)后破碎卵石混凝土三轴受力性能研究

为研究火灾(高温)后破碎卵石混凝土的三轴受力性能,以温度及侧向围压为参数,完成了30个100×200mm的圆柱体试件在经历不同高温后的常规三轴加载试验.结果表明:火灾(高温)后破碎卵石混凝土试件在单向应力下的应力-应变曲线有明显的峰值点,随着温度的增加,峰值点逐渐向右下角移动;在三向应力下试件的破坏形态分为斜面剪切破坏与层状劈裂破坏;随着围压的不断增加,试件的应力-应变曲线逐渐平缓,峰值点也越来越不明显,温度的影响逐渐减小,其弹性模量、峰值应力、峰值应变均显著增加;随着温度的上升,试件的峰值应力与弹性模量整体呈下降趋势;基于试验数据建立了相关计算公式及火灾(高温)后破碎卵石混凝土在三轴应力下的应力-应变本构方程,可为相关研究提供参考.     

混凝土单轴动态受拉损伤试验研究

混凝土结构在使用过程中,都要遭受地震、爆炸、冲击等动态荷载作用,在动态荷载作用下,混凝土的动态特性及损伤特性将发生很大改变.通过在MTS试验机上对普通混凝土受拉试件在应变率10-5%～10-1/s范围内进行动态单轴直接拉伸试验,以切线模量的退化来量度损伤,从损伤的角度把混凝土受拉应力一应变上升段曲线分为3个阶段,即初始损伤未发展阶段、损伤稳定发展阶段、损伤不稳定阶段.研究表明,随着应变率的变化,损伤未发展阶段的最大应力水平也随之增加.同时分析了动态荷载下混凝土的抗拉强度、弹性模量、临界应变及泊松比的变化,结果表明混凝土的弹性模量和泊松比随着应变率的增加变化不大;混凝土的抗拉强度、临界应变与应变率之间呈线性关系,并给出了抗拉强度、临界应变受应变率影响的经验公式.     

再生粗骨料自密实混凝土基本力学性能

通过再生粗骨料自密实混凝土(RCASCC)的工作性能、立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度测试和应力应变试验,分析了不同再生粗骨料取代率(R)下RCASCC的工作性能和基本力学性能的变化规律,并提出了RCASCC的应力应变本构方程.结果表明：随着R的增加,RCASCC的工作性能变差,但仍能满足现行规范要求;随着R的增加,RCASCC的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度总体呈现下降趋势,但R=50%时的立方体抗压强度和轴心抗压强度要高于R=25%之时;随着龄期的增长,RCASCC的抗压强度呈现非线性增长的趋势;经验证,所得出的RCASCC轴心抗压强度、劈裂抗拉强度与立方体抗压强度之间的换算关系与普通混凝土换算关系基本一致,RCASCC的应力应变本构方程与普通混凝土的单轴受压本构方程相近.     

施工期混凝土重复荷载作用下的受压应力-应变关系

通过对不同龄期的施工期混凝土试件进行重复荷载作用下的受压试验,分析了龄期对混凝土受压应力应变全曲线特征参数的影响规律,提出了重复荷载作用下施工期混凝土的动力本构关系的计算模型,探讨了龄期、混凝土强度等级与本构关系计算模型各参数之间的关系.结果表明：随着龄期的延长,混凝土的弹性变形阶段延长,同一应力水平下混凝土的轴向变形减小,混凝土的峰值应力、初始割线模量和峰值点割线模量增加,峰值应变减小,外包络线上升段及下降段更陡峭.     

高应变率下聚氨酯泡沫材料动态力学性能研究

在静力试验的基础上,利用INSTRON-1185型万能材料试验机在快速加载条件下对不同应变速度的聚氨酯泡沫材料动载抗压性能进行了较系统的试验,完整给出了聚氨酯泡沫材料在高应变速率下的动态应力应变曲线,定性研究了聚氨酯泡沫材料的动态力学行为,探讨了该材料性能与加载速率的关系,得到了考虑应变率效应的材料动态本构关系,最终给出了便于工程应用的材料静态和动态力学参数之间的关系.     

不同养护温度下蒸养混凝土的冲击性能

为掌握蒸养混凝土的冲击性能及养护温度对其影响规律,以高速铁路典型预制构件用C60蒸养混凝土为研究对象,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,对比研究了不同养护温度下蒸养混凝土在不同应变率下的破坏形态、应力-应变关系以及应变率效应,提出了表征蒸养混凝土破碎程度的评价指标——颗粒细度模数,分析了养护温度对蒸养混凝土冲击性能的影响规律.结果表明:随着应变率的增加,各养护温度下的蒸养混凝土峰值应力均增大,峰值应变则降低,颗粒细度模数减小,破碎程度明显增加;随着养护温度的升高,各应变率下蒸养混凝土的峰值应力降低,表现出更强的应变率效应;所建立的考虑应变率的蒸养混凝土本构模型拟合结果与试验结果吻合良好;较高养护温度导致混凝土内部缺陷增多,从而使得其冲击性能与常温养护混凝土有所差异.     

循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究Symbol`@@

对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率（10－5、10－4、10－3、10－2／s）的混凝土和中低应变速率（10－4、10－3／s）下不同孔隙水循环次数（0、10、50、100、200次）的混凝土进行了常三轴压缩试验,试件尺寸为φ300 mm×600 mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变化规律进行了统计分析,并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明：随着应变速率增大,混凝土的峰值应力呈增大趋势,随孔隙水压循环次数的增加,峰值应力大体呈现先增大后减小的阶段性变化;混凝土的吸能能力随加载速率的增加,表现出明显增大的趋势。混凝土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势;选用基于 Weibull 统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合,经验证,此模型与试验结果吻合较好。     

陶粒泡沫混凝土的力学性能及吸能特性

以快硬硫铝酸盐水泥为结合剂,与陶粒、预制泡沫混合制备得到陶粒泡沫混凝土.探讨了泡沫混凝土密度与陶粒粒径匹配关系对陶粒泡沫混凝土在静态单轴压缩下的破坏模式、抗压强度、压实应变和能量吸收的影响.结果表明:随着泡沫混凝土密度的提高或陶粒粒径的增大,陶粒泡沫混凝土发生非界面破坏的现象逐渐显著,由此确定出与3种粒径陶粒相匹配的泡沫混凝土的密度范围;随着泡沫混凝土密度的提高,陶粒泡沫混凝土的抗压强度和能量吸收能力均显著提高,压实应变随之减小;随着陶粒粒径的增大,陶粒泡沫混凝土的抗压强度先增后减,压实应变先减后增,能量吸收能力逐渐增强.     

锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移梁式试验研究

通过再生混凝土梁式试验,得到了不同钢筋锈蚀率下再生混凝土与钢筋的平均黏结应力 滑移曲线,分析了钢筋锈蚀率对不同直径钢筋与再生混凝土之间黏结滑移性能的影响。研究结果表明：钢筋锈蚀率为0%和1%时,试验梁发生劈裂破坏;锈蚀率为9%时,发生钢筋拔出破坏;锈蚀率为3%和6%时,试件钢筋拔出和混凝土劈裂破坏共同发生;锈蚀钢筋与再生混凝土间黏结应力随钢筋锈蚀率的增加而先增大后减小,锈蚀率为1%时黏结应力为最大;锈蚀率为0%和1%时,黏结应力峰值集中在加载端附近,随锈蚀率增大,黏结应力峰值靠近自由端;随锈蚀率的增加,滑移增幅变大;依据试验结果,拟合了黏结应力沿锚固区分布规律的位置函数,结合平均黏结应力 滑移本构方程,建立了可反映不同位置锈蚀钢筋再生混凝土黏结滑移的本构方程。     

Constitutive model of Q345 steel at different intermediate strain rates

Structural elements of steel frame experience very high strain rates in the progressive collapse, and hence their constitutive properties do not remain constant but change significantly with time. Quasi-static and dynamic tensile tests of Q345 steel were performed to study the dynamic tensile behavior within the range of 0.001 to 330/s strain rates by INSTRON and Zwick/Roell HTM5020 testing machine. A three dimensional finite element model is developed using LS-DYNA to extrapolate the true stress-strain relationship after necking of Q345 steel. The hardening behavior of Q345 steel after the onset of necking is predicted with the Ludwik constitutive equation at quasi-static strain rates and with the Voce constitutive equation at higher strain rates, in which the strain hardening parameters are obtained by trial and error until the numerical results agree well with the experimental results. The linear combination of Hollomon and Voce (H/V-R) model is proved to be capable of predicting the transition of hardening rate with the increasing strain rate for Q345 steel although there is a little deviation between the experimental and fitting results. In this study, an empirical constitutive model is developed by introducing the Wagoner rate law into the H/V-R model to improve its precision in predicting the dynamic behavior of Q345 steel.     

混凝士动态力学性能的试验研究

混凝土结构在爆炸与冲击载荷下的安全分析通常是结构的应力波效应和材料的应变率效应。而混凝土结构中的应力波传播特性实际上又依赖于混凝土在高应变率下率型本构关系。本文利用改装的杆径为74mm的直锥变截面式大尺寸Hopkinson压杆对混凝土材料进行冲击压缩实验,得到应变率约100s-1下的应力-应变全曲线及方程,得出混凝土具有敏感的应变率效应。