配置600MPa高强钢筋混凝土梁跨中挠度试验研究及计算方法

为研究配置600MPa高强钢筋混凝土梁的跨中挠度及其计算方法,设计了6组12根受弯梁,主要变化参数为配筋率和混凝土强度,对其进行静力受弯试验。分析了正常使用阶段各级荷载下的截面高度方向混凝土应变与纵向受力钢筋应变、荷载-跨中挠度全过程曲线等。试验结果表明：配置600MPa级高强钢筋的混凝土梁混凝土的应变变化符合平截面假定,荷载-跨中挠度全曲线为三折线。基于已有的配置335、400、500MPa钢筋混凝土梁的跨中挠度试验结果的分析,结合600MPa试验研究,对国内外现行的规范中钢筋混凝土梁跨中挠度计算公式的适用性进行了比较分析,表明现行规范公式适用于配置335~400MPa钢筋的混凝土梁。建立了适用于配置不同强度(335~600MPa)钢筋及不同强度(C40~C60)混凝土梁跨中挠度的统一计算方法。     

配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁裂缝宽度试验研究

为研究配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝分布与宽度的变化规律及平均裂缝间距与最大裂缝宽度的计算方法,分别进行了4组8根不同配筋率的配置600 MPa高强钢筋混凝土梁,以及1组2根配置400 MPa钢筋对比梁受弯加载试验.通过实测各类型裂缝的分类统计分析,明确了结构设计中配置600 MPa高强钢筋混凝土梁的裂缝宽度验算对应的主要裂缝(开裂后各级荷载作用下可持续延伸,或迅速扩展到中性轴附近的裂缝)形态特征.结合试验研究结果,建议了裂缝截面有效受拉高度的计算方法.基于实测平均裂缝间距与各级荷载作用下实测最大裂缝宽度与采用现行国内外规范验算模式计算结果的比较分析,建立了适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的平均裂缝间距计算式,提出了2种最大裂缝宽度的验算模式.由试验实测值与计算值的比较结果可知,所建议计算式的精度较好,且更适用于配置600 MPa高强钢筋的混凝土梁的裂缝宽度验算.     

确定混凝土开裂与拉伸强度及双K断裂参数

该文考虑混凝土材料的非均质特性,发展了确定无尺寸效应的混凝土开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数的断裂理论与相应方法。基于三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的断裂试验,确定出对应的开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数,并与试验强度值及由双K断裂模型确定的双K断裂参数进行了比较,从而验证了所提模型与方法的合理性与适用性。基于确定的材料参数,分别建立了混凝土起裂与断裂破坏的全曲线,给出了确定无尺寸效应起裂韧度的混凝土试件最小理论尺寸。建立了起裂荷载与起裂韧度之间的解析公式,对三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的起裂荷载,以及不同混凝土的起裂韧度进行了成功预测。     

预测低合金钢试样破坏的弹塑性断裂模型

该文建立了预测低合金钢结构断裂破坏的弹塑性断裂理论与模型。将两个独立判据——强度及韧度准则联系起来,搭起结构特性与材料参数间的纽带桥梁:可由处于弹塑性断裂控制的小尺寸低合金钢试样的结构特性确定其材料参数;基于确定的材料参数,可建立起预测低合金钢结构破坏的全过程曲线。该文进行了多组相同尺寸而不同裂缝长度的Q345B钢的单边拉伸试验,基于所提模型及试验结果,确定出无尺寸效应的断裂韧度、屈服与极限强度等材料参数;进而构建了可涵盖所有试验点的Q345B钢的安全设计曲线（±10%界限）。研究成果可为确定金属材料参数及预测金属结构破坏提供新思路。     

考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型

基于统计损伤理论,建立考虑应变率效应的混凝土单轴压缩统计损伤本构模型。考虑细观断裂和屈服两类损伤模式,将临界状态作为均匀损伤阶段向局部破坏阶段过渡的转折点,且滞后于峰值应力状态。在动态荷载作用下,混凝土内部细观结构的力学性能发生变化,同时微裂纹的扩展形态、路径和和数量较准静态发生显著改变,进而改变了两类细观损伤模式的演化过程,可由5个特征参数来表征。开展混凝土单轴压缩动态力学性能试验,获得了10-5～10-2/s应变率范围内的应力-应变曲线。利用6组试验数据对模型进行验证,结果表明：模型预测曲线与试验曲线吻合良好,表征细观损伤机制的特征参数随着应变率的提高显示出明显的规律性。该模型可以较好地描述混凝土的动态力学行为,在应变率效应机理、细观损伤机制、宏观非线性本构行为之间建立起有效的联系。     

混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型

细观损伤机制对混凝土材料宏观力学性能产生重要的影响。基于细观统计损伤理论及宏观试验现象,建立了混凝土双轴压-压细观统计损伤本构模型。考虑断裂、屈服两种细观损伤因素,损伤演化过程由主方向的压应变驱动;引入等效传递拉损伤应变的概念,受压方向的压损伤由侧向拉损伤应变控制。采用本文模型对双轴压-压应变比例加载路径下应力-应变曲线形成的包络面进行了预测,提取出双轴压-压强度包络线;从双轴强度、变形特性、包络面形状等角度对材料的双轴压缩损伤机制进行探讨。结果表明：该模型能够有效模拟双轴压-压加载情况下混凝土材料宏观力学行为,能够揭示细观损伤演化机制;细观屈服损伤模式在材料变形破坏过程中起到决定性作用,将整个变形过程分为统计均匀损伤及局部破坏两个阶段;区分峰值应力状态和局部破坏的临界状态,建议后者作为本构模型的最终破坏点。     

特高拱坝悬臂高度个性化控制的分析研究

本文在提出悬臂高度个性化控制的概念的基础上，进一步给出特高拱坝施工期全坝段个性化悬臂高度控制值的应力判断标准以及数值分析方法。以某特高拱坝为例，考虑自重荷载、温度荷载、混凝土自身体积变形与徐变等因素影响，采用三维有限元方法对其进行仿真分析，研究了不同坝段在不同灌浆高程情况下的最大主应力极值随悬臂高度增加而变化的规律，并给出应力标准控制值下的全坝段悬臂高度控制值分布示意图。研究成果表明悬臂高度个性化控制有利于优化施工进度，缩短施工工期，从而按计划实现坝体挡水度汛及预期发电等关键目标。     

一种特高拱坝施工期特殊表面裂缝的成因分析

特高拱坝的表面出现裂缝后会对其工作性态产生一些影响。本文结合某300m级特高拱坝施工期上游面出现的一种特殊表面裂缝,对该类裂缝的形成机理进行初步的探究分析。基于非线性迭代法求解该类裂缝的开闭、滑移和扩展问题,同时,基于断裂力学理论计算研究了该类裂缝的稳定性问题。研究结果表明:施工期特高拱坝横缝突然张开容易造成止水带周边混凝土损伤,而横缝接缝灌浆前的压水试验会促使局部损伤进一步扩展成贯穿至表面的裂缝。     

采用峰值荷载法确定全级配水工混凝土断裂参数

该文采用峰值荷载法研究了全级配水工混凝土试件的断裂参数。通过有限元方法,得到了适用于全级配水工混凝土的非标准楔入劈拉试件的应力强度因子K、裂缝嘴张开口位移CMOD计算公式以及裂缝张开位移COD与CMOD比值COD/CMOD的相关曲线。基于相关断裂试验,通过该文所提公式得到了全级配水工混凝土的等效断裂韧度与临界裂缝尖端张开口位移CTOD_c等断裂参数。研究结果表明:峰值荷载法可应用于截面尺寸不同而缝高比相同的全级配水工混凝土试件,峰值荷载法只需实测各试件的峰值荷载,就可方便确定全级配水工混凝土的断裂参数。     

高温粉磨处理砒砂岩改性材料的性能

研究了高温和机械粉磨处理对砒砂岩结构及改性材料性能的影响,以煅烧温度、改性剂用量和养护龄期为变量,通过抗压强度、X射线衍射、压汞、热重-差热测试和扫描电子显微镜分析,对砒砂岩改性材料的力学强度、矿物组成、反应产物类型及微观结构等进行了研究。结果表明:煅烧破坏了砒砂中黏土矿物的结构,促使碳酸盐分解。高温和机械粉磨处理使试件强度显著提高,改性材料(水玻璃改性) 90 d龄期抗压强度最高达22 MPa,为原试件强度的417%,砒砂岩较合理的煅烧温度为600℃。砒砂岩改性材料的反应产物主要为碱金属凝胶和水化铝硅酸钙凝胶。