冻融循环下玄武岩纤维混凝土的耐久性寿命预测

针对我国西北地区混凝土结构在盐冻侵蚀下耐久性降低的问题,选取不同掺量的玄武岩纤维混凝土和普通混凝土进行冻融试验研究,对其在3种冻融工况下的耐久性寿命进行预测。结果表明:清水冻融工况下对混凝土造成的损伤要低于盐冻侵蚀;玄武岩纤维的掺入可以有效地减缓混凝土在盐冻侵蚀作用下力学性能的衰减速率,当纤维掺量达到0.15%时效果最优;纤维的掺入对裂缝的扩张、孔隙的增加等有阻碍作用,使混凝土的抗冻耐久性得到提升;灰色预测和威布尔两种模型的寿命预测结果大致相似,其中灰色预测模型所需样本容量较小,威布尔模型预测结果较为精确。     

带初始冻融损伤的混凝土材料受盐冻作用下性能劣化分析

为探明早期受冻后引起的带有初始损伤的混凝土材料在冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下力学性能的损伤演变规律,在制备混凝土试件养护期内,分别在7 d与14 d时实施冻融1次,使其产生不同程度的初始损伤,进而研究早期冻融造成的不同程度初始损伤对试件宏观性能与内部结构的影响作用。基于损伤力学理论,分别将混凝土试件的动弹性模量与抗压强度定义为损伤变量,对变量的损伤过程进行回归拟合分析,构建了由早期冻融造成的不同初始损伤试件在腐蚀受冻环境中的损伤演变方程。结果表明:两种带有不同初始损伤度的混凝土试件其各项力学性能的衰变过程受早期冻融影响均出现了"超前效应",且该效应的出现幅度与初始损伤度有着极大联系;同时,通过对比分析混凝土超声脉冲传播速度与内部缺陷区的变化过程得知,早期冻融加速了空洞与裂缝的扩展速度,对混凝土综合性能的初始值与后期抗盐冻能力存在不利影响;动弹性模量与抗压强度损伤演变方程可作为相似损伤程度下混凝土力学性能衰减的通用公式,为相似环境下结构的服役状态评估和寿命预测提供理论依据,同时可以基于动弹性模量与抗压强度的损伤关系式对二者进行相互推导,降低了由于仪器不足等原因导致数据获取不足的局限性。     

盐冻作用下玄武岩纤维混凝土力学性能损伤研究

针对西北寒旱地区混凝土结构易开裂耐久性降低的问题,选取力学性能优异的玄武岩纤维作为混凝土增强材料,采用室内快速冻融试验,以纤维体积掺量为变量,研究了不同纤维体积掺量(0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)混凝土试件分别在清水、质量分数为3%的NaCl溶液、质量分数为5%的Na₂SO₄溶液冻融作用下动弹性模量、抗压强度、抗折强度三个力学性指标的变化。研究发现,玄武岩纤维的掺入能有效提升混凝土的初始抗折强度和抗盐冻能力,纤维体积掺量在0.15%~0.2%时混凝土试件动弹性模量、抗压强度与抗折强度在盐冻作用下的衰减速率减缓明显,玄武岩纤维混凝土在三种冻融介质中力学性能下降速率排序为清水<5%Na₂SO₄溶液<3%NaCl溶液。以动弹性模量为损伤变量,拟合混凝土相对抗压强度、相对抗折强度与损伤度的相关模型,模型相关性良好。研究结果可为玄武岩纤维混凝土的实际运用与后期维护提供理论依据与参考。     

多泥沙河流侧向进水泵站开机组合对前池流态的影响研究

为探索多泥沙河流侧向进水泵站不同开机组合对泵站前池流态的影响,选取甘肃省景泰川电力提灌工程灌区一期总干三泵站侧向进水前池为典型研究对象,现场取样分析泵站引水含沙情况,利用超声波多普勒流速流向仪对前池流场进行现场实测,同时引入逆向工程技术构建现场淤积状态下进水前池(以下称原位前池)三维几何模型,采用FLUENT软件基于Realizable k-ε湍流模型及Mixture多相流模型对原位前池水流流态进行数值计算,对比分析数值模拟结果与现场测流结果,验证了数值模型的可靠性。在此基础上,分别对10种不同开机组合方案下未淤积状态下的进水前池(以下称原型前池)流态进行了数值模拟分析。研究结果表明:前池外侧边壁及末端存在回流区及泥沙淤积问题,基于逆向工程的原位前池流态数值模拟结果与现场测流结果相吻合;原型前池主流扩散效果不佳,泵站机组对称开启,同时避免两端机组停机尤其是末端机组停机,前池水流流态较好。本文提出的研究思路对泵站前池流态数值模拟研究具有一定的应用价值,研究成果可为类似泵站工程优化设计和优化运行提供参考依据。     

基于MIKE21的跨河桥梁壅水数值模拟分析

为明晰黄河上游河道桥梁壅水特性并探究数值模拟法在防洪演算中的可靠性,以宁夏回族自治区境内黄河青铜峡至石嘴山段（以下简称“青石段”）内连续7座桥梁为研究对象,运用MIKE21水动力模块构建二维水动力模型,对不同洪水频率下桥梁壅水特性进行数值模拟与对比分析。结果表明：在对二维水动力模型率定与验证的过程中,模拟值与实测值相对误差均小于5%,边界约束条件与河道糙率均经率定分析后取值;随着洪峰流量的减小,河道流速降低,桥墩壅水值在0.10~0.28 m水位范围内波动,对比模型模拟结果与经验公式计算结果,Henderson公式计算值与二维模型模拟值更为接近且变化趋势较一致,而陆浩公式计算结果相对偏大。本研究可为跨河建筑物壅水特性影响分析与河道防洪演算提供经验参考和理论依据。     

早期受冻对混凝土力学性能的影响研究

秋冬季节,西北盐渍地区气温突降的情况时有发生,为探明早期受冻混凝土在冻融循环和盐离子侵蚀共同作用下的力学性能损伤规律及其机理,采用室内加速试验方法,观察了混凝土在经历4种养护龄期(1 h、3.5 h、8 h、24 h)和2种冻结温度(-5℃、-10℃)的早期受冻影响后,盐冻循环作用对混凝土试件的立方体抗压强度、相对动弹性模量、质量损失率以及损伤层厚度等指标值的影响规律,探讨了早期受冻混凝土力学性能损伤机理。结果表明：不同养护龄期的混凝土在冻融循环和盐离子侵蚀的共同作用下力学性能出现不同程度的损伤,其中,养护龄期处于初凝与终凝间的混凝土试件受早期受冻的影响最大;混凝土损伤层厚度与盐冻循环次数呈正相关关系,且损伤层厚度受冻结温度影响较小;与冻结温度相比,养护龄期对混凝土力学性能损伤的影响更大。相关研究可为相似环境下的混凝土结构优化设计与维护提供有益参考。     

早期受冻损伤混凝土应力-应变试验研究

北方地区混凝土冬季施工过程,新浇筑混凝土容易因突然降温而遭受早期损伤。为研究早期受冻对混凝土单轴受压状态下力学性能的影响,通过对不同冻结温度(-5 ℃、-10 ℃)、不同起冻时刻(1.0 h、3.5 h、8.0 h、24.0 h)养护条件下的混凝土进行单轴受压试验,获得了应力-应变全曲线,拟合得到了适用于早期受冻混凝土的单轴受压本构方程。结果表明:早期受冻后混凝土应力-应变曲线在下降段更为陡峭,延性和塑性变形能力降低;冻结温度对峰值应力和峰值应变影响不明显;随起冻时刻的延后,峰值应力先下降后上升,峰值应变先上升后下降,初凝后至终凝前受冻混凝土力学性能损伤最为严重;基于过镇海教授模型拟合得到的早期受冻后混凝土应力-应变曲线方程与试验曲线吻合较好;对早期受冻混凝土峰值应力、峰值应变及延性和塑性变形能力最不利的起冻时刻均在养护4 h前后。     

基于Weibull分布的灌区混凝土建筑物寿命预测

为了探究混凝土建筑物的服役状态和强度衰退在冻融作用下的性能劣化规律,选取了地处寒旱地区的甘肃省景电灌区输水渡槽建筑物为研究对象,采用回弹法和超声波检测法检测分析不同服役年限混凝土结构的表面强度和内部损伤程度,选用时间和相对动弹模量为指标,建立Weibull寿命预测模型,利用现场数据进行了验证分析.结果表明,灌区渡槽的寿命预测结果符合Weibull分布,其中渡槽槽壳损伤严重,其寿命直接决定渡槽整体的服役寿命,根据威布尔预测目标渡槽建筑物寿命约为60～70年.相关研究可为寒旱灌区更新改造提供理论依据.     

基于灰色关联的多因素耦合作用下混凝土材料耐久性评估

为探明碳化-硫酸盐侵蚀-干湿循环等多因素耦合作用下的混凝土材料耐久性评估问题,通过开展室内加速试验,以所测混凝土试件的抗压强度、质量损失率及相对动弹性模量3个耐久性评价指标为依据,应用层次分析法与熵权法确定复合权重,构建了灰色关联理论的混凝土材料耐久性评估模型,确定了各组试件不同时段下的灰色关联度向量。研究表明:碳化-硫酸盐侵蚀-干湿循环等多因素耦合作用下不同配合比混凝土试件的关联度值均呈现先增强后下降的现象且最大值约出现在干湿循环30次处,即混凝土综合耐久性整体上呈先增强后下降趋势,与试验结果相符,验证了该方法的合理适用性,相关研究可为混凝土构件的配合比优化及耐久性评估问题提供有益参考。     

受侵蚀混凝土耐久性衰减影响因素试验研究

针对地处滨海和盐渍区的混凝土建筑物长期遭受干湿循环和有害化学离子侵蚀的双重作用,导致混凝土耐久性衰减的问题,采用现场调查、室内加速试验、理论分析等相结合的研究方法,进行干湿循环下硫酸盐、复合盐(硫酸盐+氯盐)、水三种不同侵蚀条件的对比试验,以试件的相对动弹性模量为评价指标,研究不同侵蚀方式、侵蚀介质、水灰比、及粉煤灰掺加对受侵蚀混凝土耐久性能衰减的影响规律,研究结果表明:干湿循环能够促进硫酸盐对混凝土的侵蚀;干湿循环与硫酸盐侵蚀条件下,硫酸盐的侵蚀作用较复合盐的侵蚀作用明显,掺入20%粉煤灰对于增强混凝土抗盐结晶侵蚀性能有一定的积极效用。