含不同初始缺陷混凝土单轴压缩条件下声发射特性试验研究

为探究初始缺陷对混凝土材料在单轴压缩下内部损伤破坏的影响规律,制作不同初始缺陷的立方体试块进行立方体抗压试验,并利用声发射采集系统及应变采集系统对试验的全过程进行监测,获得了可以描述立方体试块受载破坏过程的声发射事件率-时间柱状图、振铃计数率-时间柱状图、声发射事件率与应变-时间关联曲线图。结果表明:不同初始损伤下的立方体试块在受载破坏中均经历初始压密(I)、线性扩展(II)、稳定增长(III)以及失稳破坏(IV)四个阶段,并且随初始损伤的逐渐提高,压密阶段时间不断增长,"双峰"特征越趋于不明显,其立方体抗压强度显著降低。通过振铃计数计算得到的损伤变量绘制成损伤曲线可以较好反映出立方体受载破坏的各应力阶段。     

初始缺陷薄壁方钢管混凝土柱宽厚比研究

引入折减系数α,考虑初始缺陷的影响,采用理论分析与有限元计算相结合的方法,研究有初始缺陷的薄壁钢管混凝土的宽厚比,通过局部屈曲判定曲线得出薄壁钢管的折减系数α在0.87以上.研究表明,初始缺陷使得薄壁钢管混凝土管壁的局部屈曲提前发生,并且随着钢管屈服强度的提高,这种不利影响越趋明显.     

不同初始损伤混凝土单轴压缩分形特征分析

混凝土是一种具有初始缺陷的多向复合材料,为研究混凝土材料的初始损伤对试件最终发生宏观失稳破坏的影响,对不同含气量的混凝土试块进行单轴压缩试验,并采用DS2系列全信息声发射信号分析仪完成混凝土压缩全过程的数据采集和三维损伤定位。基于Matlab编制的程序试件获得在不同应力阶段的声发射率的关联维数以及线性拟合相关系数。结果表明:声发射率在不同应力阶段具有明显的分形特征,可以把声发射率出现类似岩石材料的平静期效应且声发射率关联维数曲线出现最大-最小模式,作为综合判断试块失稳破坏的前兆。不同初始损伤的试块随着初始损伤的提高,声发射率关联维数曲线在临界荷载之后波动性减弱,呈现逐步下降趋势。     

混凝土初始缺陷对其弯曲性能的影响研究

在同一种配合比混凝土试件中掺入4种不同含量的引气剂,以模拟混凝土的初始缺陷,并在CMT-100微机控制电子万能试验机上进行混凝土试件的四点弯曲试验,测出了混凝土弯曲过程的应力-应变曲线,研究了不同缺陷含量对混凝土的抗弯强度、变形特性和损伤特性的影响。试验结果表明:随着掺入引气剂含量的增加,混凝土的应力-应变曲线逐渐平缓,混凝土内部的初始损伤相应增加,其抗弯强度均随之降低,而峰值应变基本保持不变。     

混凝土损伤本构模型

结合国内外资料,列举了几种具有代表性的混凝土损伤本构模型,详细介绍了各种模型的优缺点,并提出了今后的研究任务和目标。     

基于损伤理论的腐蚀混凝土单轴受压本构模型

通过检测有机物和微生物、强酸、无机盐对混凝土的腐蚀作用的试验,研究受腐蚀混凝土的单轴受压本构关系变化规律。引入了混凝土随腐蚀介质和时间变化的参数,结合基于损伤理论的混凝土本构模型,通过对实验数据的拟合提出了腐蚀混凝土单轴受压本构模型。并利用该模型对腐蚀构件进行有限元分析,证明其优于普通混凝土本构模型。     

考虑初始缺陷的结构非线性屈曲承载力分析

应用非线性稳定分析的基本原理,采用Newton-Raphson法结合弧长控制法计算结构的平衡路径,并以柱子为例,具体计算了3种不同初始几何缺陷下,构件非线性屈曲承载力的具体数值,分析了实际工程中对构件初始缺陷进行严格控制的必要性.     

细观初始孔隙缺陷对混凝土力学性能的影响

采用不同尺寸的EPS颗粒预制混凝土的初始孔隙率及初始孔径尺寸,系统开展4种初始孔隙率和5种初始孔径尺寸下混凝土的轴心抗压强度和弹性模量试验研究,并基于数值统计原理分析含初始缺陷混凝土力学性能的影响规律.结果表明：混凝土的轴心抗压强度和弹性模量降幅随初始孔隙率的增加呈近似线性上升趋势,混凝土的轴心抗压强度降幅随着初始孔径尺寸的增加呈近似对数上升趋势.同时考虑初始孔隙率和初始孔径尺寸的影响,混凝土在初始小孔径、高孔隙率下的损伤度低于其在初始大孔径、低孔隙率下的损伤度.相较初始孔径尺寸,初始孔隙率对混凝土轴心抗压强度和弹性模量的损伤更为显著.     

干燥引起的初始缺陷对混凝土宏观性能的影响

将制备的混凝土试件分别标养3,7,28d(试件编号记为SC3,SC7和SC28)后置于干燥环境(21℃,相对湿度37%)中,在不同试验龄期测试上述3种试件的力学性能、抗冻性能和抗氯离子渗透性.基于弹性波波速来定量表征由干燥引起的混凝土初始缺陷程度,并结合微裂纹密度、扫描电镜(SEM)、压汞试验等微观分析技术探讨了混凝土初始缺陷的内在机理.结果表明:虽然SC3和SC7系列试件的28d抗压强度、劈拉强度与SC28系列试件无明显差别,但在90d龄期时SC3系列试件的抗压强度、劈拉强度较SC28系列试件降低11%和13%,SC7系列试件的抗压强度、劈拉强度比SC28系列试件分别降低7%和6%;SC3和SC7系列试件的28,90d龄期抗冻性能和抗氯离子渗透性均明显低于SC28系列试件;混凝土的干燥初始缺陷与其孔径分布、微裂纹密度有关,SC3系列试件的有害/多害孔含量和微裂纹密度最高,SC7系列试件次之,SC28系列试件最低.     

考虑初始缺陷的门式框架的非线性屈曲分析

从轻钢工业厂房及幕墙装饰工程中常见的门式框架为研究对象，利用ANSYS有限元软件进行非线性屈曲分析，并结合工程实例，分析初始缺陷分布不同的几种工况，进行柱脚铰支与固支的工况对比，以讨论门式框架结构对初始缺陷的敏感性。     

单轴压缩作用下内置裂隙扩展的CT扫描试验

精选出一种与岩石较为接近的相似材料制作标准试件,并在其内部预置单币状裂隙,进行加载过程中的CT实时扫描试验。通过分析CT扫描图像,初步判定试件的破坏是由裂隙的损伤演化造成的。采用多种区域划分的方法,通过CT数及CT方差的对比分析,获得随载荷的不断增加裂隙被压密、自相似扩展、翼裂纹扩展、微裂纹扩展、裂纹汇合贯通以及裂纹加速扩展、试件崩裂的损伤演化过程;同时,也得到初裂强度、翼裂纹扩展长度和自相似扩展长度等一些重要参数;将试件破坏前的应力、应变过程曲线分为4段,说明预置裂隙的损伤演化过程。     

考虑动态应变率效应的混凝土单轴拉伸统计损伤模型

基于准脆性材料细观损伤机制,将损伤概括为"有效受力面积的减小"和"有效受力部位弹性模量的减小"两个方面,可分别利用断裂和屈服2种损伤模式表征;认为材料破坏过程实质上为2种损伤模式累积演化的连续过程。干燥混凝土所表现出的动态本构行为本质上是由于自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观2种损伤累积演化过程的改变。忽略水的黏滞性影响,通过假设不同应变率情况下干燥混凝土损伤演化服从某种相似性规律,建立相应增量形式的单轴拉伸动态损伤本构模型。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测变应变率加载情况下材料均匀损伤阶段的本构行为,等应变率加载可作为其中的一个特例。结合算例从有效应力、名义应力、吸能能力3个角度对材料的动态损伤机制进行探讨。区分开峰值应力状态和局部破坏的临界状态,并建议后者作为本构模型的最终破坏点。此举可充分考虑材料均匀受力阶段的延性,同时避免过多考虑局部破坏阶段本构模型尺寸效应的影响。     

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

利用作者已研制成功的CT机专用三轴加载试验设备,守成了单轴压缩荷载作用下岩石损伤CT实时细观试验。给出了CT图像中裂纹宽度的估算方法,确定了应力损伤门槛值,对CT试验结果进行了定量分析,得到了单轴压缩岩石损伤演化的初步规律。基于CT试验结果,对岩石应力-应变全过程曲线进行了分段,从工程应用出发,给出了峰前分段岩石损伤演化方程及本构关系。理论分析结果与试验结果较吻合。     

基于单轴压缩CT实验的砂岩破损机制

根据分区描述理论对砂岩单轴压缩CT实验资料在分区域值ξ1=50和ξ2=100的条件下进行了安全区、损伤进行区和破损区的检出,并对各区上的CT数进行统计。根据所定义的统计损伤变量和动态扩展区域上的CT数变化信息,计算得到各加载阶段的损伤变量值、损伤演化率和体应变。利用这些资料对砂岩在该实验条件下的损伤演化规律和细观机制进行分析,验证砂岩损伤演化的阶段性、不均匀性和突发性,从机制上解释损伤门槛值的存在,并最终确定了该门槛值。     

高性能再生混凝土的单轴受压本构关系

采用优质矿物掺合料与高效减水剂双掺技术,成功配制出强度等级在C40～C60的高性能再生混凝土。采用电液伺服压力试验机对高性能再生混凝土进行单轴受压试验,测得其应力应变全曲线并进行了理论分析和比较,给出了高性能再生混凝土单轴受压应力应变全曲线的数学表达式,其理论曲线与试验结果吻合较好。     

混凝土弹塑性损伤本构模型研究Ⅰ:基本公式

从分析混凝土材料的基本损伤机制出发,本文采用受拉损伤变量和受剪损伤变量反映微观损伤对混凝土材料宏观力学性能劣化的影响,建议了一类基于能量的弹塑性损伤本构模型。该模型基于有效应力张量分解定义材料的弹性Helmholtz自由能,并根据有效应力空间塑性力学确定了塑性变形的演化法则和塑性Helmholtz自由能。由此给出了材料的总Helmholtz自由能和弹塑性损伤能释放率,建立了符合热动力学基本原理的损伤准则,并根据正交法则得到了损伤变量的演化法则。对Kupfer双轴试验的数值模拟结果初步说明了模型的有效性。文中涉及到的数值算法及进一步的试验验证将在本文第Ⅱ部分给出。     

具有宏观裂纹混凝土结构的起裂特性研究

具有宏观裂纹混凝土结构在荷载作用下裂纹是否会进一步扩展,是带裂纹工作的混凝土结构安全性能评价的重要课题.一方面要对混凝土结构应力状态进行现时观测与分析,另一方面要合理评价具有宏观裂纹混凝土结构的起裂特性.根据数批不同形式混凝土试件的试验结果,分析了混凝土起裂荷载/最大荷载、起裂韧度/断裂韧度与试件形式、相对初始缝长的关系,得出了一些有意义的结论.     

混凝土的单轴抗压疲劳损伤累积性能研究

研究了单轴等幅和变幅加载抗压疲劳变形规律 ,提出了一个与疲劳变形规律相对应的三阶段线性疲劳损伤模型 ,给出了以残余应变为指标的疲劳损伤累积方程。由试验结果分析 ,得到了加载水平与疲劳变形的二阶段发展水平之间的关系。以等幅两阶段线性疲劳方程为基础 ,建立了多级疲劳的累积损伤准则     

初应变对现浇混凝土屋面板内力的影响

针对混凝土屋面板因特殊的生成环境及使用环境而产生显著初变形的特征,采用ANSYS有限元分析软件,分析混凝土屋面板初应变产生的内力特性及开裂机理,并在总结归纳典型分析结果的基础上结合工程应用提出建议。希望所做的工作对这类构件的设计及施工提供有价值参考。     

软岩及混凝土材料损伤型黏弹性动态本构模型研究

 根据软岩及混凝土材料在动载下的应力–应变曲线特点,并结合损伤体与黏壶所具有的特性,建立一种适合软岩及混凝土材料的损伤型黏弹性动态本构模型方程。该模型的建立是以朱王唐模型为基础,采用损伤体代替朱王唐模型中的弹性元件对现有损伤型朱王唐模型进行改进而建立的一种损伤型黏弹性动态本构模型方程。为说明该模型方程的合理性,采用建立的本构模型方程对分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统下实测的应力–应变曲线进行拟和,拟和曲线和实测曲线具有很好一致性,因此,该模型可为软岩及混凝土材料的动态本构关系的进一步研究及其工程应用提供一定的参考。