基于SHPB试验的钢纤维混凝土动态性能研究

采用分形理论研究了钢纤维混凝土和素混凝土在SHPB(分离式Hopkinson压杆)试验中的裂纹特性,分析了断裂表面的分形性质与材料属性及冲击压力的关系,给出了混凝土断裂表面分形的特点,采用计盒方法(FIPS程序)计算了混凝土分形维数,建立了损伤因子与分形维数的函数关系.结果表明,该方法为探索混凝土表面裂纹图形的分形特征与其承受的动荷载之间的内在规律、建立适合描述混凝土分形结构和分形行为的数学力学方法及基本理论寻求了新途径.     

冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下湿筛混凝土超声波波速与抗压强度的关系

为研究超声波对冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下水工混凝土的检测效果,开展了冻融循环与硫酸盐(5%Na2SO4)侵蚀耦合作用下湿筛混凝土试验,利用超声波检测仪测试分析了波速随冻融循环次数的变化规律及波速与抗压强度之间的关系。结果表明,波速随冻融次数的增加而逐渐减小,尤其是200次以后急剧下降,波速与冻融次数之间呈抛物线关系,并与抗压强度密切相关,可以反映出湿筛混凝土的抗冻性能变化,为运用波速评价冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用下湿筛混凝土的损伤性能提供了理论依据。     

不同引气剂掺量早冻混凝土力学性能及孔结构分形特征

为研究水工混凝土材料在冻融循环与盐侵蚀耦合作用下构件性能演变规律，选取不同引气剂掺量(0、0.005%、0.01%)的早期受冻试件，置于质量分数为3.5%氯化钠+5%硫酸钠复合溶液内进行冻融循环试验，并基于核磁共振技术(NMR)—分形理论，构建混凝土孔体积分形维数与试件抗压强度间的耦联关系。结果表明，在混凝土材料中适量加入引气剂，可有效提高盐冻作用下构件的弹性模量、抗压强度等力学性能，并可改善孔结构，提高抗冻性；核磁共振测试的混凝土孔体积分形维数随着冻融循环次数的增加逐渐减小，表明引气剂的加入可改变初始状态下混凝土内部孔隙结构，且随着引气剂掺量的增加效果更为明显；结合分形理论建立的孔体积分形维数与抗压强度关联模型，发现分形维数D_MAX与抗压强度的最佳函数关系近似指数函数，回归系数R²均大于0.85,拟合效果良好，可为混凝土结构的耐久性评估提供参考。     

基于冻融损伤的重力坝抗冻耐久性分析

为进一步了解混凝土的抗冻耐久性,分析了基于Loland混凝土损伤模型推导的混凝土冻融损伤模型,并结合试验数据拟合得到了混凝土弹性模量、泊松比与冻融循环次数的关系,利用ABAQUS分析混凝土重力坝渗流场、温度场,并以此确定了混凝土大坝发生冻融损伤的区域,最终采用场变量模拟重力坝随冻融次数增加的稳定性。结果表明,混凝土大坝并非所有区域均发生冻融损伤,且试验得到材料抗冻耐久性并不等同于混凝土重力坝抗冻耐久性。     

不同种类混凝土冻融循环后双轴压压统一强度准则

针对混凝土遭受冻融循环作用后强度降低导致寒冷地区混凝土结构耐久性和安全性不足的问题,基于已有的大量试验数据,以混凝土冻融损伤后的单轴抗压强度衰减规律为参数,对不同种类混凝土建立了考虑冻融循环次数影响的双轴压压统一强度准则,并与前人试验研究结果做了对比分析。结果表明,本文建立的统一强度准则能较好地预测混凝土冻融循环后的双轴抗压强度,为寒冷地区混凝土结构的安全性分析提供了参考。     

冻融循环作用下英安岩力学及损伤特性研究

为研究冻融循环作用下硬性岩的力学及损伤特性,以某拟建水电站坝区英安岩为例,开展了室内饱水状态下岩石的冻融循环、电镜扫描、单轴压缩、三轴压缩等试验,建立了冻融荷载耦合作用下较为真实的岩体损伤本构模型,分析了高寒山区冻融英安岩的力学性质及损伤特性。结果表明,冻融循环使岩样发生了裂隙扩展和颗粒析出;单轴压缩条件下,岩样破坏以单轴压缩产生的受荷损伤为主,有限的冻融循坏对英安岩(硬性岩)造成的损伤有限;三轴压缩条件下,随着循环次数的增加岩样损伤增加,随着围压增加岩样损伤有所减弱,且英安岩对围压的敏感性大于冻融循环。     

循环荷载作用下冻融劣化混凝土能量耗散规律及破坏形态分析

为研究冻融劣化混凝土在循环荷载作用下的能量耗散规律及其破坏形态,对强度等级为C30的混凝土立方体(300mm×300mm×300mm)试件进行压缩试验。结果表明,当冻融循环次数不超过10次时,混凝土应力—应变曲线的外包络线呈两段式。当冻融循环次数超过10次时,包络曲线的应力与应变呈现出非线性增长,且这种非线性增长关系随冻融循环次数的增加而趋于明显;当冻融循环次数由10次逐渐增加至35次时,冻融劣化混凝土的破坏形态由剪压破坏逐渐向轴压破坏转变;冻融劣化混凝土试件在循环加卸载过程中耗散能、弹性应变能、塑性应变能的释放规律一致,都经历了前期能量释放缓慢,中期能量释放迅速,后期能量释放趋于平缓的变化阶段。研究成果可为严寒地区的混凝土构件设计及工程实践提供指导。     

碳烟微观结构的小角X射线散射分析

采用同步辐射小角X射线散射(SAXS)技术研究了柴油和燃料油燃烧所生成的碳烟的微观结构。基于小角散射理论,通过对散射强度曲线的拟合,得到粒径尺寸分布、回转半径、表面微结构与界面特征和分形特征等。研究结果表明:柴油生成的碳烟粒径集中在10～30nm,燃料油生成碳烟粒径集中在10～45nm,符合高斯分布。散射数据均呈现Porod正偏离,说明碳烟内部存在微结构起伏区。碳烟粒子具有分形特征和表面特征,质量分形维数在0.2～2.5之间,表面分形维数在2.1～2.2之间。     

干湿循环对面板混凝土抗冻耐久性的影响

针对我国北方面板混凝土服役过程中遭受的干湿与冻融循环共同作用导致的混凝土性能劣化问题,以浸烘循环和冻融循环模拟实际情况并同时考虑先后次序问题,通过对试件进行0、20、40、60次的浸烘循环预处理,开展了混凝土冻融循环试验,探究了干湿循环对混凝土抗冻耐久性的影响。试验结果表明,干湿循环在一定程度上会加剧冻融循环带来的损伤,随着浸烘循环预处理次数的增加,混凝土在冻融过程中的质量、动弹性模量、超声波波速大幅降低,渗透系数大幅增加;微观上,浸烘循环预处理造成混凝土微观层面上的初始损伤并产生初始微裂纹,使水分更易侵入混凝土,导致在冻融循环中更易产生新的微裂纹及初始微裂纹的发育,从而降低混凝土抗冻耐久性。     

盐冻作用下掺粉煤灰混凝土超声波波速测强理论模型

在室内模拟了盐冻(5%Na_2SO_4)作用下掺粉煤灰水工混凝土抗冻性试验,探究了超声波波速及抗压强度随冻融循环次数的变化规律及波速测强理论模型。结果表明,超声波波速及抗压强度随着冻融循环次数的增加而不断下降,冻融150次后内部冻融损伤不断积累加快,掺入粉煤灰对抗冻性产生不利影响;建立了波速测强指数关系理论模型及相对超声波波速与抗压强度损失率之间的指数关系式,发现当抗压强度损失率达50%时,相对波速降为85%,这为运用超声波无损检测手段评价盐冻条件下掺粉煤灰水工混凝土的抗压强度提供了理论模型依据。     

冻融循环对混凝土静态双轴受压力学特性的影响

对不同冻融劣化程度的混凝土进行了不同侧压(0、0.06f_c、0.12f_c、0.18f_c、0.24f_c,其中f_c为单轴抗压强度)下的静态(应变速率10~(-5)/s)单双轴压缩试验,分析了冻融次数和侧压力大小对混凝土的峰值应力、峰值应变及弹性模量的影响。结果表明,混凝土的单轴和双轴抗压强度均随冻融次数的增加而减小;冻融次数越多,混凝土峰值应力随侧压的增加,其增幅越大;混凝土单轴受压时的峰值应变随冻融次数的增加而增大;相同冻融次数的混凝土,其峰值应变随侧压的增加呈先增大后减小的趋势,冻融次数越多,峰值应变的拐点所对应的侧压越小,侧压对混凝土峰值应变的敏感性受冻融次数的影响越显著;混凝土的弹性模量随冻融次数的增加逐渐减小;混凝土未冻融时,弹性模量随侧压的增加而增大,而冻融劣化的弹性模量随侧压的增加无明显改变。     

冻结融解作用对岩石边坡稳定的影响

主要通过岩石室内试验,分析子了冻结融解作用对岩石物理力学性质的影响以及岩石裂缝发展的规律,同时结合边坡的破坏事例调查成果,结论认为表层崩塌的破坏模式是岩石边坡长期冻结融解作用的主要表现形式。     

冻融循环后湿筛大骨料混凝土的试验研究

对经过0、50、100、150、200、250、300 次冻融循环作用后的湿筛大骨料混凝土试件进行了质量损失、单轴抗压试验研究.根据试验结果分析了湿筛大骨料混凝土试件强度降幅随冻融循环次数的变化规律,建立了破坏准则.该准则曲线经验证与实测曲线吻合,为寒冷地区大骨料混凝土结构的强度分析提供了试验和理论依据.     

硅粉掺量对钢纤维硅粉混凝土力学性能的影响

针对水工建筑物抗压强度要求及寒冷地区混凝土抗冻要求,研究了在等掺量钢纤维混凝土中加入不同掺量的硅粉,选取三个等级的混凝土,在满足和易性要求的前提下进行配合比试验,在2 000kN的压力试验机进行抗压强度试验、用KDR-V9混凝土快速冻融机进行冻融试验及DT-W18动弹性模量测定仪测定动弹性模量试验,确定力学性能最好的硅粉钢纤维混凝土配合比。结果表明,在钢纤维掺量为0.8%的混凝土中加入10%的硅粉,能够配制出力学性能相对较高的混凝土。     

层状组合结构轴拉条件下的裂缝饱和度分析与应用

基于裂缝扩展机理分析了裂缝扩展过程中的饱和现象,建立了层状组合结构的数值模型,分析了轴拉条件下裂缝中心区域的应力分布特征,论证了裂缝饱和度存在的客观性,探讨了荷载边界条件、材料参数与上覆压力对裂缝饱和度的影响,结合钢衬混凝土组合结构工程特性,研究了裂缝饱和度的基本规律。结果表明,轴向拉伸荷载边界条件不影响裂缝饱和度,裂缝层材料的弹性模量和泊松比越大,或相邻层材料的弹性模量和泊松比越小,裂缝饱和间距越大;上覆压力对裂缝饱和间距的影响较小。对于钢衬混凝土组合结构,轴拉条件下的裂缝饱和间距主要取决于外包混凝土厚度;布筋对钢衬混凝土组合结构的裂缝饱和度有显著影响,钢筋的埋入,相当于降低了混凝土裂缝层的有效厚度,可起到控制裂缝最大宽度的效果,建议将钢筋布置在混凝土层中部,以期增加潜在的裂缝条数,而不会出现宽度过大的裂缝。     

基于混凝土三维CT重构氯离子扩散过程数值模拟

近年来,氯盐导致钢筋混凝土结构耐久性失效问题,氯离子破坏钢筋表面的钝化膜,加速了钢筋的锈蚀,同时裂缝的存在促进了氯离子的扩散,从而形成了恶性循环。基于混凝土三维CT重构技术,建立了湿-热-氯盐-裂缝多场耦合的氯离子扩散数值模型,研究了裂缝宽度、深度、等效裂缝形式对混凝土内氯离子分布的影响。结果表明,裂缝宽度促进了氯离子的扩散,但裂缝中氯离子浓度不与裂缝宽度成正比,裂缝宽度对氯离子浓度分布影响随着裂缝宽度的增加在减弱。裂缝深度对钢筋表面氯离子浓度具有显著影响,在诸多因素中起控制作用,采用楔形裂缝形态模拟氯离子在混凝土中分布与实际情况较吻合。     

A global limit load solution for plates with surface cracks under combined end force and cross-thickness bending

A global limit load solution for rectangular surface cracks in plates under combined end force and cross-thickness bending is derived, which allows any combination of positive/negative end force and positive/negative cross-thickness moment. The solution is based on the net-section plastic collapse concept and, therefore, gives limit load values based on the Tresca yielding criterion. Solutions for both cases with and without crack face contact are derived when whole or part of the crack is located in the compressive stress zone. From the solution, particular global limit load solutions for plates with extended surface cracks and through-thickness cracks under the same loading conditions are obtained. The solution is consistent with the limit load solution for surface cracks in plates under combined tension and positive bending due to Goodall & Webster and Lei when both the applied end force and bending moment are positive. The solution reduces to the limit load solution for plain plates under combined end force and cross-thickness bending when the crack vanishes.     

冻融—碳化交替作用下混凝土耐久性试验分析

采用单面冻融法与碳化试验方法,对不同成型方式(透水模板成型和普通钢模成型)混凝土试样分别进行冻融—碳化交替作用和单因素作用的对比研究。结果表明,冻融—碳化耦合作用下混凝土的碳化能有效抑制冻融损伤,且其抑制作用随水胶比增大而增强;透水模板增强混凝土表面成型质量,其冻融损伤和碳化深度显著降低,碳化对冻融损伤抑制作用较普通钢模成型试样小。