冻融劣化混凝土冰冻状态下单轴动态抗压力学特性研究

为研究冻融劣化混凝土冰冻状态下的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对经历不同冻融循环次数(0次、10次、20次、30次、40次)的冰冻混凝土进行不同应变速率(1.0×10^-5,1.0×10^-4,5.0×10^-4,1.0×10^-3,5.0×10^-3s^-1)下的单轴抗压加载试验;研究冰冻状态下混凝土的峰值应力随应变速率与冻融劣化程度的变化规律,分析应变速率及冻融劣化程度对峰值应力的敏感性特征。结果表明:相同冻融劣化程度时,随着应变速率增大,冰冻状态混凝土峰值应力增大;相同应变速率下,随着冻融程度的加深,冰冻状态混凝土峰值应力先增加后减小,其单轴抗压破坏形态无明显差异。在应变速率较小时,混凝土表面砂浆脱落严重,暴露出较多粗骨料,而应变速率较大时,其表面的主裂缝很清晰。冰冻状态下混凝土单轴抗压强度仍具有速率效应,孔隙冰晶对混凝土各组分的黏结作用随其含量的增大而逐渐转变为分离隔绝作用。冻融劣化程度对峰值应力的敏感性高于应变速率对峰值应力的敏感性。     

模型再生混凝土单轴受压动态力学特性试验

试验设计了再生粗骨料取代率为100%的模型再生混凝土（MRC）、模型普通混凝土（MC）、再生粗骨料取代率55%的模型再生混凝土（MCP）和模型砂浆（MM）4种试件,在不同应变速率下进行单轴受压试验。研究表明：随着加载应变速率的提高,试件应力-应变曲线形状相似,峰值应力和弹性模量表现出增大的趋势,峰值应变的变化无明显规律;MRC、MC、MCP试件破坏时裂缝最先出现在界面区附近,然后逐渐发展直至贯通,随着应变速率的提高,裂缝较宽且开展更快,试件完全断裂成若干碎块;模型再生混凝土静态强度越低,峰值应力和弹性模量增长越大,动态效应越显著;再生粗骨料取代率为55%时,峰值应力和弹性模量增长最大;模型砂浆试件的动态效应最显著,模型普通混凝土和模型再生混凝土次之,且相差不大。     

考虑应变率效应的钢筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

通过对钢筋混凝土框架梁柱节点组合体抗震性能试验，研究加载速度对节点组合体承载力和破坏形态的影响规律。研究结果表明：梁端位移加载速率分别为0.4、4、40 mm/s时，节点核心区的应变率数量级分别为10^-5、10^-4和10^-2；随着加载速率的提高，节点组合体破坏更为严重，裂缝分布更为集中；相对拟静态加载试验，快速加载时节点组合体在破坏前的耗能增加；加载速率的提高对节点组合体屈服荷载的影响不明显，但是极限荷载稍有增大，而极限荷载后的节点组合体承载能力和刚度退化较快；快速加载时，在本文所采用的轴压比范围内，其变化对节点组合体的承载力影响不大，然而随着轴压比的提高，核心区混凝土的裂缝宽度逐渐减小；将材料动态强度直接应用于拟静态计算模型得到的节点受剪承载力高于试验结果，表明这种直接计算方法偏于不安全。     

预加静载对大骨料混凝土动态抗压性能的影响

利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土施加不同应变率的单轴压荷载,研究不同的预加静态荷载和应变率(应变率为10-5/s~10-2/s)对大骨料混凝土的动态受压性能影响。试验表明:大骨料混凝土试件在单轴压荷载下为典型的柱状破坏,应变率不会改变试件的破坏形态。随着应变率的提高,混凝土试件表面的裂缝数量逐渐增多,同时存在更多的骨料破坏,混凝土的抗压强度随之增加。在同应变率荷载下,大骨料混凝土的动态抗压强度随着预加初始静态荷载的增加而降低。在初始静态荷载下,大骨料混凝土的应力应变曲线段与静态荷载下相同。当应变率增加时,曲线的斜率即发生变化,其切线模量明显增加,而峰值应变没有明显的改变。     

应变率和分级加载持荷对混凝土动态抗弯拉性能的研究

为研究应变速率和分级加载持荷对混凝土动态抗弯拉力学性能和变形性能(抗弯拉强度、弹性模量、泊松比、峰值应变)的影响,分析混凝土动态抗弯拉试验破坏形态特点,在应变率分别为10-6/s、10-5/s、10-4/s下,对强度为C50的混凝土试件进行动态直接破坏和分级加载持荷弯拉破坏试验。试验结果表明:当应变速率为定值时,与直接破坏相比,经历荷载历史的混凝土的动态抗弯拉强度和弹性模量都有一定幅度的降低,而峰值应变有一定幅度的增高;当加载方式确定时,随着应变速率的提高,混凝土的抗弯拉强度有所提高,但应变率和加载历史对混凝土弯拉条件下弹性阶段泊松比变化范围内的最大值基本没有影响,可以采用0.2;初始裂纹的形成和发展是分级持荷影响混凝土抗弯拉强度降低的主要原因,而粗骨料破坏数量的增加是应变速率影响混凝土抗弯拉强度增加的直接结果,随应变速率的增加,混凝土试块的破坏面趋于平整,破坏时间变短。     

振弦式应变传感器温度修正试验

为得到合理的振弦式应变传感器温度修正公式,对自由状态下的传感器、埋置在混凝土收缩徐变试件内的传感器和埋置在钢管混凝土收缩徐变试件内的传感器进行了室外日照温度下的温度修正试验,根据试验结果拟合了不同条件下振弦式应变传感器的温度修正公式,并基于理论公式对其进行了分析。结果表明:自由状态下的传感器应变与温度增加呈正相关,斜率为2.8×10^-6℃^-1;埋入混凝土收缩和徐变试件的传感器应变与温度呈负相关,斜率分别为-2.15×10^-6℃^-1和-2.54×10^-6℃^-1;钢管混凝土表贴传感器应变与温度呈正相关;埋置在管内混凝土收缩和徐变试件的传感器应变与温度增加呈负相关,斜率分别为-2.01×10^-6℃^-1和-1.70×10^-6℃^-1;振弦热膨胀系数和外界测试材料热膨胀系数的差异是造成传感器应变与温度正负相关的主要原因。     

橡胶混凝土抗压强度及细观破坏机理

为研究橡胶混凝土受压裂纹扩展过程和破坏机理,配制了水灰比为0.35、0.40、0.45,橡胶掺量为0、10%、20%、30%的橡胶混凝土,进行立方体抗压强度试验。将橡胶混凝土看作由砂浆、粗骨料、橡胶颗粒、砂浆-粗骨料界面和砂浆-橡胶颗粒界面组成的多相复合材料,建立细观数值模型,模拟不同橡胶掺量和不同水灰比的橡胶混凝土立方体抗压强度,模拟结果与试验结果符合较好,验证了细观模型的正确性。对橡胶混凝土立方体受压破坏进行细观仿真研究,结果表明:砂浆与橡胶颗粒的界面区域对橡胶混凝土立方体抗压强度和破坏过程影响较大;随着水灰比增大,砂浆与橡胶混凝土颗粒界面区域对橡胶混凝土立方体抗压强度的影响变小。     

基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究

为研究钢渣细骨料混凝土的力学性能,配制了钢渣替代率为0、10%、20%、30%的砂浆和混凝土,进行砂浆抗压强度、混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度试验。结果表明：粒化钢渣具有界面过渡区,可以减弱钢渣砂浆的抗压强度;钢渣具有一定的水化活性,可以提高砂浆的水灰比,进而提高砂浆的抗压强度;钢渣掺量为20%时,混凝土试件的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度最大;钢渣掺量为30%时,混凝土试件的抗折强度最大。基于细观尺度,将钢渣混凝土看作由砂浆、粗骨料、钢渣颗粒、砂浆-粗骨料界面和砂浆-钢渣颗粒界面组成的五相复合材料。建立钢渣混凝土细观数值模型,模拟不同钢渣掺量的混凝土立方体抗压强度、抗折强度、荷载-挠度曲线。模拟结果与试验结果符合较好,验证了细观模型的正确性。     

岩石材料三轴压缩动力特性的试验研究

应用RDT-1000型岩石高压动力三轴仪,在围压为0～90MPa,轴向应变速率为(10^-5～10¹)/s的范围内,对凝灰岩和混凝土进行动力三轴试验,系统研究它们在冲击动力作用下的破坏强度及其力学响应。获得凝灰岩和混凝土在此条件下的破坏判据及如下特性:应变速率和加载速率的对数呈线性关系;破坏强度和变形模量随加载速率的提高而提高;泊松比随加载速率的提高而减少;对破坏性态来说,提高围压或降低加载速率可增加岩石类的塑性,使破坏向塑剪型发展,反之则向脆断型发展。     

不同加载速率下废玻璃粉混凝土单轴拉伸试验研究

通过直接拉伸的试验方法。研究了废玻璃粉掺量0、10%、20%的混凝土试件在五种不同加载速率下的破坏形态及破坏机理;并借鉴平行杆模型PBS,建立废玻璃粉混凝土单轴抗拉细观损伤模型,得到损伤关系和试验中的应力应变曲线非常相似,说明了混凝土单轴拉伸细观损伤模型是可以用于废玻璃粉混凝土中的;废玻璃粉混凝土极限抗拉强度随着加载速率的增加而提高,为研究动态抗拉强度与加载速率的关系,对加载速率与动态抗拉强度的影响进行线性回归拟合,得到动态抗拉强度增量与加载速率近似关系。     

岩石单轴压缩PFC2D模型细观参数标定研究

为了研究单轴压缩PFC^2D模型宏细观参数之间的关系及对其细观参数进行标定,以平直节理接触模型作为颗粒接触本构模型,对PFC^2D模型细观参数进行正交设计,以多因素方差分析、量纲分析研究宏细观参数之间的关系,在此基础上,提出了试错法标定细观参数的具体流程,将其用于灰岩单轴压缩PFC^2D模型细观参数的标定中,数值模拟所得宏观参数、应力-应变曲线和破坏特征与室内试验结果相近,验证了本文方法的可行性。分析结果显示,如果要建立双轴压缩PFC^2D模型,还需进一步标定细观参数tanφ_b和μ_b。研究成果可为岩石力学试验的颗粒流模拟提供一定参考。     

粗骨料力学特性对混凝土性能影响的数值试验研究

粗骨料的力学特性对混凝土宏观力学性能有着显著的影响,从细观角度,利用数值试验研究含不同力学特性粗骨料混凝土试件的力学性能和破坏特点,分析了不同类型粗骨料混凝土试件破坏时的力学特性,破裂机理和声发射特征。研究结果表明,粗骨料的力学特性在一定程度上影响混凝土材料的力学性能,粗骨料的强度和弹性模量的增加有助于提高混凝土的抗压强度,但混凝土力学性能的提高受其内部各组分参数的综合影响。粗骨料的弹性模量与混凝土基质间的变形协调是提高混凝土性能需要考虑的因素之一。     

基于DIC技术的混凝土热力损伤破坏分析

混凝土的热力损伤行为会严重危及能源工程结构的运维安全。为此,本文开展了两类不同骨料体积分数的模型化混凝土单轴受压试验,并基于DIC技术对试验过程中混凝土裂缝进行跟踪,从细观力学角度分析在不同次数亚高温循环下试件的裂缝扩展情况,探究了亚高温循环作用后界面过渡区形变对混凝土力学性能的影响。研究表明,粗骨料体积分数大的模型化混凝土试件的强度和弹性模量相对较小,且在亚高温循环中体积膨胀较为明显,砂浆层因此出现较大拉应力使试件在未加载时出现裂缝。未经过高温循环的试件裂缝首先出现于砂浆层,经过亚高温循环的试件裂缝首先出现于界面过渡区。亚高温循环作用会加速界面过渡区未水化颗粒的水化以及部分水化产物的碳化,导致粗骨料和砂浆之间的粘结性能降低,界面过渡区孔隙率增大、更易产生裂缝;且随着循环次数增加,模型化混凝土试件破坏程度加剧。     

粗骨料颗粒尺寸对混凝土力学性能的影响试验

混凝土骨料颗粒尺寸是近几十年来一个十分重要的研究方向。建立水泥砂浆、骨料及两者间的粘结带构成的三相非均匀细观复合材料模型,通过保持相同的骨料百分比及颗粒级配,研究最大粗骨料粒径对混凝土材料力学性能及其细观破坏机制的影响,发现最大粗骨料尺寸对混凝土试件强度的影响具有一定优势范围,当粗骨料最大粒径为20～40mm时极限应力基本不变,当粗骨料最大粒径大于40 mm时,极限应力快速下降;此外,最大粒径的尺寸对混凝土的破坏机制有明显影响,随着粗骨料粒径的增加,材料从渐进累积型破坏逐渐向脆性突然型破坏转变。研究结论可为进一步从细观角度研究混凝土材料提供参考。     

不同加载速率下箍筋约束混凝土力学性能试验研究

为了研究箍筋约束效应和率相关效应对混凝土单轴受压性能的影响,采用MTS815试验机对一批设计强度等级为C30、C70混凝土的普通箍筋约束试件进行了单轴受压试验。选取4种不同的配箍等级,对每一种配箍等级试件分别进行加载应变率为10^-5、10^-2/s的试验,得到了相应的应力-应变全曲线。研究发现：混凝土单轴受压性能会受到配箍率、应变率和混凝土强度等级三者的共同影响;增大配箍率提高了约束混凝土试件的峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数,当配箍率达到3.4%时,最大提高幅值比例约为1∶2∶4,但其弹性模量受到的影响可以忽略不计;增大加载应变率提高了约束混凝土试件的弹性模量、峰值应力和峰值应力对应应变,但其延性系数有所降低,当应变率达到10^-2/s时,上述特征值最大提高或降低幅值比例约为1∶5∶4∶4;箍筋约束效应与率相关效应相互耦合,当二者共同存在时,会削弱彼此对约束混凝土试件峰值应力、峰值应力对应应变和延性系数的提高或降低作用,当配箍率为0%~3.4%、应变率为10^-5~10^-2/s时,削弱幅值不超过60%,提高混凝土强度等级会增强该削弱作用,弹性模量受耦合效应的影响可以忽略不计。     

白云岩动力学特性及破坏模式试验研究

为分析矿山深部岩石动力学特性及细观裂纹萌生、扩展以及相互贯通的破坏机制,使用改进的霍普金森试验设备,对白云岩进行常规单轴冲击试验,从应力-应变、强度、能量分布方面探讨了矿岩的动态力学性质,并借助高速摄影设备对白云岩试件的冲击破坏形态及模式进行细观描述。试验得到:白云岩试件动态强度随加载应变率从41.5 s^-1增大到112.5 s^-1,动态抗压强度峰值从104.53 MPa提高到208.6 MPa,且强度峰值出现的时间越来越早;单位体积吸收能随应变率提高呈线性增加关系,破碎块体尺寸随单位体积吸收能的增大而减小;高速摄影细观分析显示,冲击应变率越大,试件完全破坏的发生时间越早,破坏越严重,试件主要破裂面的形成方向与冲击方向一致,属于沿轴方向冲击荷载作用下的拉伸破坏。     

数字图像技术在再生混凝土性能分析中的应用

利用数字图像处理技术,对再生混凝土弯折试件的疲劳破坏断裂面进行了统计研究,得到了其统计特征,分析了再生混凝土疲劳应力水平与骨料脱黏面积比例的相互关系.对骨料与砂浆的边界进行提取,建立了能够真实反映再生混凝土粗骨料分布的二维细观数值模型,为分析再生混凝土的性能提供了重要依据.     

基于图像重建的大粒径再生粗骨料混凝土单轴受压性能研究

针对粒径为25~80 mm的大粒径再生粗骨料混凝土,基于图像重建方法,采用ANSYS有限元软件建立数值模型对其立方体单轴受压性能进行了研究。模拟结果表明:再生粗骨料的形状对再生混凝土中裂缝萌生有影响,初始裂缝出现在再生粗骨料的棱角处;再生混凝土中裂缝发展初期,主要沿新老砂浆界面和天然石子与新砂浆界面发展,然后向新砂浆和老砂浆内部延伸;新混凝土强度低于老混凝土强度时,大粒径再生粗骨料混凝土试件破坏相对较轻;大粒径再生粗骨料混凝土试件中新老砂浆界面对强度有较大影响,该区域在试件破坏前后都是应力最大的区域。     

基于细观损伤的混凝土破裂过程的三维数值模拟

在细观力学基础上将损伤力学和计算力学相结合来分析混凝土试件的变形、损伤和破坏过程。把混凝土简化成由骨料、砂浆及其二者之间的界面层所组成的三相复合材料,在已建立的混凝土骨料随机分布三维模型基础上用界面单元多次细分技术进行有限元网格划分,基于弹性损伤本构关系采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相弹性损伤退化,用弹性模量的折减程度来反映混凝土试件在加载过程中的损伤程度。对混凝土圆柱体试件进行了数值模拟计算。进而通过损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后破坏的过程进行研究。     

型钢再生混凝土梁受弯性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土(SRRAC)梁的受力性能,设计6个试件进行静力加载试验,考虑了再生粗骨料取代率和混凝土强度等级两个变化参数。通过试验,观察了该类梁的裂缝形态和破坏特征,获取其受力破坏全过程荷载-挠度曲线、截面的应变分布、极限承载力等重要参数;深入分析了再生粗骨料取代率、混凝土强度对型钢再生混凝土梁受力性能的影响规律;基于试验数据,探讨了型钢再生混凝土梁的正截面承载力计算方法。研究结果表明:再生粗骨料取代率对型钢再生混凝土梁的承载能力有一定的影响,随着取代率的增加,型钢再生混凝土梁的承载力有所提高,提高的幅度为5.95%¹7.63%;受力过程中截面的应变分布符合平截面假定,型钢再生混凝土梁具有良好的承载能力和变形性能。最后,提出了型钢再生混凝土梁正截面极限承载力计算方法,研究结果可供相关科学研究和工程应用参考。