冲击荷载作用下橡胶混凝土的损伤研究

针对冲击荷载作用下橡胶混凝土的损伤问题,利用自动冲击球压仪对橡胶混凝土的动态冲击损伤行为进行研究,并应用激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了其冲击损伤形貌及机理特征。结果表明:冲击荷载下橡胶混凝土抗冲击能力优于基准混凝土,且随橡胶粒径的减小抗冲击能力增强;随着冲击荷载的不断增加,橡胶混凝土的压痕增长速率小于基准混凝土,极限荷载值却大于基准混凝土,而橡胶粒径的减小,使压痕增长速率呈减小趋势,极限荷载值增大,表面抗塑性变形能力及试样表面动态力学性能增强;冲击荷载下材料表面形成球冠状小坑,压痕边缘出现不同程度的材料堆积,80目的橡胶在混凝土中分布更加均匀,且损伤区较为连续无明显微裂纹。研究结果为冲击荷载作用下对橡胶混凝土材料损伤研究提供依据。     

超高韧性水泥基复合材料多次冲击压缩性能及本构关系

利用直径80 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统进行了超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites,UHTCC)在多次冲击压缩荷载下力学性能的研究,分析了试件的应力-应变曲线随冲击次数的演化规律, 并与其他纤维增强混凝土进行对比。试验结果表明:在多次冲击荷载作用下由于损伤的累积导致加载应变率随冲击次数增加而大致呈指数递增,UHTCC的峰值强度随应变率增大而近似线性递减,峰值应变和累积吸能值逐渐增加,单次吸能值随冲击次数的增加呈先增后减的变化趋势。通过对本构模型进行探讨后发现,热激活损伤演化(TADE)模型能较好地描述UHTCC在首次冲击下的力学响应,但无法反映其在多次冲击下力学性能的演化规律;基于Weibull分布的损伤演化模型能够较好地描述UHTCC在多次冲击下的累积损伤演化规律及应力-应变曲线,在经历3次冲击作用后根据损伤程度的计算可认为试样已完全破坏,但此时试样通过PVA纤维的桥连作用仍能保持为整体,具有良好的抗破碎性。     

灌浆法在加固处理软路基中的应用

该路段(长198m,宽36m～40m)工程地质条件较差,上部地层(主要受力层)主要由杂填土(厚度1.3m～3.2m,平均2.0m)、淤泥或淤泥质土(厚度0.4m～1.4m,平均0.64m)、粉、细砂(厚度0.6m～3.6m,平均1.8m)组成。由于杂填土结构疏松(fk=90kPa)、淤泥或淤泥质土呈软～流塑状(fk=50kPa)、粉、细砂饱和松散(标贯试验锤击数平均6击,fk=100kPa),满足不了上部荷载对路基的要求,因而导致路基在通车后将产生较大沉降。为保证该段路基的稳定,提高地基土强度和变形模量,以满足上部荷载对地基土承载力的要求,提出了对该段路基采取灌浆加固处理方案。这主要是基于杂填土孔隙大,可灌性好,灌浆后其力学强度、抗变形能力和均一性会有所提高,整体结构得到加强;淤泥或淤泥质土和粉、细砂通过钻孔灌入浓浆后,使土体压密和置换;杂填土之上已施工完的30cm厚6%水泥石屑稳定层为良好的灌浆盖板。     

地铁循环荷载下黏土污染圆砾的大型动三轴试验及动力特性研究

为揭示地铁循环荷载作用下受黏土污染圆砾的长期动力特性,利用GDS大型三轴循环试验系统,开展了一系列饱和不排水动三轴试验,分析了不同围压及动应力幅值下黏土污染水平(clay fouling level, VCI)对圆砾长期动力特性的影响。试验结果表明：随着VCI的增加,试样的累积塑性应变呈先增后减的趋势,污染黏土由润滑作用转变为填充作用,围压为100 kPa时,界限VCI=30%,围压为200 kPa、300 kPa时,界限VCI=20%;VCI对浅埋地铁隧道(σ₃=100 kPa)影响较大,威胁行车安全,而对深埋地铁隧道(σ₃=200 kPa、300 kPa)影响较小,地铁运行相对安全;随VCI的增加,试样的弹性应变和动孔压比先增大后减小,而回弹模量则先减小后增大,但三者的变化趋势均随围压的降低及动应力幅值的增大愈发明显。研究成果可为地铁路基结构设计及其工后沉降预估提供参考。     

落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件，为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制，结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段，开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明：(1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形，与浅梁破坏形式有明显差异；(2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变，随着冲击能量增加(18 061 J≤E≤49 831 J),跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小，钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段；(3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的，裂缝多次多向扩展形成裂缝带，进而形成塑性铰，导致短梁整体破坏；(4)梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量，具体表现相同冲击能量(30 000 J)下，随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s),梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤w_p≤29.85 mm; 17.12 mm≤w_r≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋...     

收获期马铃薯块茎跌落冲击特性及损伤规律研究

为了减少马铃薯机械收获中的损伤,揭示马铃薯块茎跌落冲击损伤机理,以"陇薯7号"马铃薯为试验对象,进行了不同因素下的跌落冲击试验,分别研究了跌落高度、碰撞材料、马铃薯含水率和跌落方向等因素对马铃薯块茎冲击特性和损伤综合指数的影响,并分析了其损伤规律。研究结果表明碰撞材料、马铃薯跌落高度和含水率对冲击特性影响极显著,而跌落方向不显著;冲击特性参数与损伤指标相关性表明:最大变形量与损伤综合指数之间呈显著正相关(r=0.729,P0.05),恢复系数与损伤综合指数之间呈显著负相关(r=-0.573,P0.05),并得到了恢复系数和最大变形量与损伤综合指数的线性回归模型,决定系数分别为R~2=0.990 7,R~2=0.992 3,加速度峰值与损伤综合指数之间不相关(|r|0.5,P0.05);马铃薯与各碰撞材料相撞时,损伤综合指数与跌落高度之间线性相关,决定系数R~2≥0.951 4。研究结果可对马铃薯在收获过程中碰撞损伤进行评估。     

累计冲击荷载作用下GFRP-混凝土组合梁动态响应分析

为探究玻璃纤维复合材料(glass fiber reinforce plastic, GFRP)-混凝土组合梁在多次落石冲击荷载下的动态响应,采用摇臂式落锤试验机,对1根纯GFRP梁及4根GFRP-混凝土组合梁进行累计冲击试验,得到了不同工况下试验梁位移、冲击力、应变时程曲线及裂缝开展状态,并分阶段讨论了梁体损伤演化过程。试验结果表明：纯GFRP梁具有优异的抗冲击性能,但冲击荷载作用下变形过大;组合梁的破坏特征均为混凝土主裂缝贯通,GFRP-混凝土界面发生剥离,良好的界面黏结性能是确保GFRP-混凝土组合梁抗冲击性能提升的关键;竖向冲击荷载下,混凝土厚度的增大,可明显减小同一冲击高度下梁体跨中的变形响应;试验梁抵抗侧向冲击的能力优于其抵抗竖向冲击的能力。采用显示动力分析软件LS-DYNA建立了GFRP-混凝土组合梁累计冲击模型,并基于该模型分析了冲击锤质量、冲击速度及截面高度比等参数对GFRP混凝土组合梁动态响应的影响规律。     

建(构)筑物拆除爆破塌落触地冲击荷载预测模型研究

建(构)筑物爆破拆除工程中,塌落体落地所诱发的触地冲击荷载会造成地下管线、隧道等地下结构的破坏或损伤,是爆破拆除工程的主要有害效应,因此,在实际工程中事先对其进行估算和预测是制定防护措施的重要前提。运用Hertz碰撞理论、弹性地基理论和动量守恒理论,分别构建了3种计算触地冲击荷载的简化力学模型,并根据现场试验和实际工程经验,对理论模型进行了修正。     

SHPB劈裂试验下橡胶水泥砂浆的动态力学、能量特性及破坏机理试验研究

基于静载巴西劈裂原理,开展了橡胶水泥砂浆的分离式霍普金森压杆(SHPB)劈裂试验,对其动态力学、能量特性及破坏机理进行了研究.根据损伤力学,从强度和能量的角度分析了橡胶掺量、养护湿度和冲击荷载对水泥砂浆动态劈裂损伤的影响,并探讨了三种损伤因素下的六种损伤路径.结合圆盘试件的破坏模式,建立了冲击劈裂简化平面理想受力模型,分析了破裂方式-Ⅰ和破裂方式-Ⅱ两种截然不同的动态劈裂方式,并初步探讨了破裂方式-Ⅱ下圆盘试样的破坏机理.结果表明,掺入橡胶颗粒和降低养护湿度均降低了水泥砂浆的动态劈裂拉伸强度;普通水泥砂浆和橡胶水泥砂浆有着相同的应力率和应变率演化趋势;掺入橡胶颗粒和降低养护湿度均在一定程度上阻碍了能量在水泥砂浆圆盘试件中的传递;不同的单一损伤因素和复合损伤因素对水泥砂浆圆盘试样造成的动态劈裂损伤不同;在较大的冲击荷载下,圆盘试样会因"三角形压碎区"、"劈裂拉伸区"和"弯曲断裂区"的形成而被破坏.最后,从细观的角度分析讨论了界面过渡区(ITZ)对SHPB劈裂下橡胶水泥砂浆强度和抗冲击性能的影响.     

炭纤维增强树脂基复合材料层合板低速冲击性能实验研究

对 3种炭纤维增强树脂基复合材料( T300/ N Y9200Z、T300/ Q Y8911和 T700S/ 5228)层合板进行了落锤冲击实验 , 并对冲击后试样进行了冲击后压缩性能测试。通过对凹坑深度2单位厚度冲击能量( d 2e)曲线 , 损伤面积2凹坑深度( S2d)曲线和冲击后压缩破坏应变2凹坑深度(ε 2d)曲线的对比分析 , 讨论了这 3 种复合材料层合板的低速冲击性能(即损伤阻抗和损伤容限) 。利用热揭层技术对拐点前后的复合材料损伤状态进行了观察 , 对损伤机制进行了讨论。实验结果表明 , 在 3种材料的 d 2e曲线 , S2d曲线和ε 2d曲线上均存在对应的拐点 , 该拐点同时也是不同损伤形式的转变点。凹坑深度在小于拐点时 , 损伤形式以基体裂纹和分层损伤为主 , 凹坑深度大于拐点时 , 分层损伤基本不再扩展 , 损伤的发展主要以纤维断裂的扩展为主。     

预制ECC管混凝土桥墩拟静力试验研究

该文提出了一种以预制ECC管作为浇筑模板的ECC管混凝土桥墩。为研究该桥墩抗震性能,设计并制作了1个普通钢筋混凝土桥墩试件(RC)和3个预制ECC管混凝土桥墩试件(ECC1~ECC3),其中:试件ECC1为基准试件;试件ECC2在加载过程中减小了轴压比;试件ECC3在塑性铰区预制ECC管内浇筑了ECC。通过拟静力试验得到了上述试件的开裂过程、破坏形态以及水平力-位移滞回曲线等试验结果。通过分析各试件极限承载能力、累计耗能、延性系数、刚度退化以及残余位移等抗震性能指标,对比了预制ECC管混凝土桥墩与普通钢筋混凝土桥墩抗震性能的差别,得到了轴压比和塑性铰区截面形式对预制ECC管混凝土桥墩抗震性能的影响。研究结果表明:墩身外侧ECC管有效防止了塑性铰区混凝土剥落后钢筋屈曲,明显改善了桥墩破坏形态,提升了桥墩变形能力,降低了桥墩的损伤程度;与普通钢筋混凝土桥墩相比,预制ECC管混凝土桥墩的滞回曲线更加饱满,累计滞回耗能更大,具有更好的耗能能力,其峰值荷载和延性系数分别比普通钢筋混凝土桥墩的高出了16.66%和42.15%;对于ECC管混凝土桥墩,当轴压比降低后,ECC管壁出现的裂缝数量减少,其耗能和承载力降低,但延性变形能力增强,刚度退化也有所减缓;塑性铰区采用全截面ECC,即在ECC管内浇筑ECC,能提升预制ECC管混凝土桥墩的耗能能力、承载能力和延性变形能力,但裂缝的发展和分布几乎没影响。     

高强钢框架-屈曲约束支撑体系抗震性能研究

针对高强钢结构在抗震设计中存在的结构延性差、刚度小的问题,提出了高强钢框架-屈曲约束支撑结构.为研究此类结构的抗震性能,对2个足尺单榀单跨单层试件进行了拟静力加载试验,观测了结构在水平往复荷载下变形特征与破坏模式,分析了结构及构件滞回曲线特征,探讨了试件强度退化、刚度退化、塑性变形、耗能能力以及钢框架和屈曲约束支撑的承...     

拟静力作用下群钉连接件抗剪性能研究

为研究低周往复荷载作用下群钉连接件的劣化过程和退化机理,以栓钉直径、混凝土强度等级、加载方式为参数设计9个试件进行试验,并采用ABAQUS进行精细分析,研究群钉抗剪连接件的破坏模式、刚度退化、损伤累积、抗剪承载力及能量耗散等指标。结果表明:混凝土强度相同时,试件的抗剪承载力随栓钉直径的增加而提高,而抗剪刚度和能量耗散等指标变化不明显。对于直径较大的栓钉,各项性能指标还会出现劣化。混凝土强度增加,试件的抗剪承载力和抗剪刚度提高,耗能增加,滑移值减小。低应力循环加载时,试件较早出现损伤累积,其损伤累积速度随栓钉直径的增大而增加。高应力循环加载时,试件表现出损伤累积滞后现象,在第3个循环节开始出现损伤快速累积。群钉多层排列时,栓钉传力不均匀,靠近加载端的栓钉承担的剪力大于其他栓钉。当混凝土强度在C35和C45之间时,建议采用直径16 mm的栓钉与之搭配。     

灌浆套筒连接全装配式框架-剪力墙结构抗震性能试验研究

为研究采用灌浆套筒连接的全装配式框架-剪力墙结构的抗震性能,设计制作了1榀1/2比例两层两跨灌浆套筒连接全装配式框-剪结构模型试件PC-3,并对其进行了低周反复加载试验。通过与已有试验结果对比分析,研究了结构的破坏模式、滞回性能、刚度退化、位移延性和耗能能力等抗震性能指标。结果表明:灌浆套筒连接全装配式框-剪结构试件PC-3与全现浇试件RCFW的破坏模式基本相同,梁端塑性铰长度减小、位置外移,具有良好的耗能能力和较好的刚度特性,试件PC-3的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均略大于全现浇试件RCFW的相应值,但其差值均小于5.0%,延性略小于全现浇试件RCFW,加载过程中耗能较为平稳。两种全装配式框-剪结构均具有良好的抗震性能,工程实践中可供设计人员选择采用。     

钢筋混凝土框架-纤维增强混凝土耗能墙结构抗震性能试验研究

高性能纤维增强混凝土（HPFRC）具有受拉应变硬化和多裂缝开展性能,是一种理想的耗能材料。将HPFRC耗能墙装配于钢筋混凝土（RC）框架,形成RC框架-HPFRC耗能墙新型抗震结构。设计制作了2个1/2比例RC框架-HPFRC耗能墙结构模型,对其进行了拟静力试验,研究其破坏机理、变形和耗能性能等;分析了RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度。结果表明:RC框架-HPFRC耗能墙结构可实现“大震可修”的抗震设防目标;1个框架单元内装配2片与1片耗能墙相比,其水平承载力提高了38.3%,初始侧向刚度提高了1.78倍,但后期侧向刚度仅提高20%~30%,不同损伤状态的耗能能力提高了10%~175%,侧向变形能力基本相同;RC框架和HPFRC耗能墙在峰值荷载点的有效刚度系数分别为0.11和0.13。     

不同加载制度下RC框架梁抗震性能试验研究

为了研究不同加载制度下RC框架梁的抗震性能,分别采用4种加载制度对RC框架梁试件进行拟静力试验。结果表明:峰值位移（峰值荷载对应的位移）出现的越早,RC框架梁破坏时剪切变形成分越大,试件的最大裂缝宽度越大,塑性铰转角和延性系数越小,但塑性铰高度基本不变;随着循环位移幅值和循环次数的不同,框架梁的刚度、强度退化也有差异,表现为:在滞回曲线软化段,经历较大位移幅值循环（或较多次循环）后的RC框架梁比经历较小位移幅值循环（或较少次循环）后的RC框架梁刚度和强度退化快;同时,不同加载制度下RC框架梁的耗能能力存在差异,峰值位移出现早的框架梁其耗能能力较差。     

实腹式型钢混凝土T形柱抗震性能试验研究

为研究实腹式型钢混凝土T形柱的抗震性能,进行了10个试件的水平加载试验,考虑了加载制度、轴压比和配钢率的影响,观察了试件的受力过程和破坏形态,分析了荷载-位移曲线、侧移角、延性、强度、刚度及耗能等力学性能。结果表明,试件均发生弯曲破坏,但不同加载制度下试件的破坏形态不同;试件的滞回曲线饱满,极限侧移角介于1/36~1/9,位移延性系数介于3.97~12.11,破坏时等效粘滞阻尼系数介于0.319~0.374,体现出良好的变形和耗能能力;随着加载循环次数的增多和轴压比的增大,试件的延性降低,强度衰减和刚度退化加快;随着配钢率的增大,试件的延性提高,强度衰减和刚度退化变缓。     

Finite element modelling of impact on preloaded composite panels

Composite aircraft structures are susceptible to impact damage during manufacture, maintenance and in-flight. Low energy impact damage is often internal and invisible, but can significantly reduce the stiffness and strength or cause catastrophic failure when the structure is under load during the impact event. This paper describes the development and application of an explicit finite element (FE) model, incorporating a bi-phase material degradation model, to predict the behaviour of loaded carbon/epoxy panels when impacted over a range of low energy levels. Overall, the trends predicted in the FE simulations were consistent with experimental data, although quantitatively the FE results were generally conservative. However, the model greatly underestimated the catastrophic failure boundary. The model was used to investigate the effect of various parameters including magnitude of preload, impact velocity and specimen geometry on the amount of damage and the residual strength of carbon/epoxy panels.     

两层带开洞预制剪力墙抗震性能试验研究与数值模拟分析

为研究带窗洞的预制装配式混凝土剪力墙中窗下墙对结构抗震性能的影响,该文对两个带不同高度窗下墙的两层预制剪力墙试件进行了低周反复荷载试验。在此基础上,提出了带窗下墙预制剪力墙结构的精细有限元数值模拟方法,结合试验结果分析揭示了窗下墙对带开洞预制剪力墙抗震性能的影响。试验和数值模拟分析结果表明,两试件在初始受力阶段,窗下墙与下层连梁作为一根整体连梁共同工作,此后二者逐渐脱开,形成两根并列布置的双连梁;两试件的破坏形态均为墙肢根部和双连梁两端形成塑性铰,最终塑性铰区混凝土被压碎;窗下墙较高的试件W-2承载力和初始刚度均大于W-1,延性和耗能能力则小于W-1;预制剪力墙构件中的窗下墙可显著提高该类构件的刚度、承载力和耗能能力,对带窗下墙的预制剪力墙结构进行抗震设计时应对窗下墙予以考虑。     

加热炉带壁板足尺钢结构抗震性能试验研究

进行足尺的石化加热炉带壁板钢结构试件在水平反复荷载作用下的试验研究,分析了此类结构的抗震性能。记录试验现象并作数据处理,系统分析了结构的破坏过程、破坏模式和耗能机理,研究了其滞回性能,得到了骨架曲线、刚度退化、延性和耗能能力等指标。试验结果表明,加热炉带壁板钢结构具有良好的延性和耗能性能;滞回曲线饱满呈梭形;钢框架和壁板协同工作良好;加劲肋的设置改善了壁板的受力性能,延缓了壁板的屈曲,提高了壁板的承载力及刚度;结构破坏模式为柱的局部屈曲、柱脚翼缘开裂,壁板发生加劲区格内的局部屈曲;底层梁柱连接部位形成塑性铰。该试验为此类结构的进一步研究及工程应用提供了依据。