被动围压下钢纤维超高性能混凝土冲击压缩力学特性与损伤特征

【目的】为了研究掺有钢纤维的超高性能混凝土(UHPC)在冲击压缩作用下的力学特性与损伤特征,【方法】基于被动围压的霍普金森压杆,保持冲击气压为0.4 MPa不变,分别测试得到不同钢纤维掺量、不同含水状态UHPC试样的应力—应变曲线,并对其峰值应力、应变、能量耗散特性、损伤演化特征进行分析。【结果】结果显示：钢纤维在UHPC中网状分布,发挥桥接作用使试样动态抗压强度提高,钢纤维掺量为1%时动态抗压强度达到峰值,后随掺量增加有所降低,极限应变变化趋势与动态抗压强度相反,饱和试样峰值应力低于干燥试样,约为干燥试样的80%。【结论】计算了试样在加载三阶段的能量耗散,发现钢纤维可以降低荷载做功。此外,结合耗散能定义了损伤变量D,分析了UHPC损伤演化三阶段,得到钢纤维对损伤演化的抑制作用。     

冻融循环对钢纤维混凝土动力性能的影响研究

通过对冻融循环劣化后的钢纤维混凝土试件进行动态三轴压缩试验,分析了冻融循环及钢纤维掺量对混凝土轴向极限抗压强度、轴向峰值应变和应力-应变曲线的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)分析冻融前后钢纤维混凝土的微观结构。目的在于探明冻融循环对钢纤维混凝土动态力学性能的影响规律,为寒冷地区钢纤维混凝土在实际工程中的应用提供理论参考。结果表明:增加冻融循环次数导致轴向极限抗压强度下降且100次冻融循环后下降速度明显增大,而轴向峰值应变基本呈线性增大。应变速率的增加导致轴向极限抗压强度增大且轴向峰值应变逐渐减小。冻融循环破坏了钢纤维混凝土内部结构,导致应力-应变曲线包围面积减小,钢纤维混凝土吸收能量的能力降低。钢纤维掺量对冻融劣化后混凝土动力性能影响较大,本试验中1%的钢纤维掺量下冻融劣化后混凝土最优。SEM微观结构揭示了钢纤维增强混凝土抗冻性的强化机理,以及过量掺入钢纤维对抗冻性的弱化机理,与宏观试验结果一致。     

膨胀剂对早龄期钢纤维混凝土动态压缩性能影响试验分析

采用SEM和XRD微观试验方法研究HCSA膨胀剂成份,利用分离式SHPB试验技术,对不同膨胀剂掺量下3d和7d龄期钢纤维混凝土进行动态单轴压缩性能试验。膨胀剂掺量为8%时,补偿收缩钢纤维混凝土峰值动态抗压强度最高;3d龄期混凝土应力应变曲线有明显的分段性,主要分为弹性压缩阶段、弹塑性压缩阶段和塑性破坏阶段;7d龄期混凝土应力应变曲线中峰值应力凸显;随着冲击气压的增大,试件破坏的离散性增强,但掺入钢纤维后,利用其空间约束效应,使得混凝土破碎块度的尺寸较大。更多还原     

玄武岩纤维混凝土应力-应变全曲线试验研究

玄武岩纤维是混凝土良好的增强增韧材料,应力－应变全曲线是混凝土最基本的本构关系,是钢筋混凝土结构分析中重要的物理方程。采用单轴压缩试验,进行了玄武岩纤维混凝土单轴受压应力－应变全曲线研究,开展了不同纤维掺量与矿物掺合料种类对各特征点应力－应变关系及全曲线本构参数的影响规律研究。研究表明,玄武岩纤维可提高混凝土的韧性和破坏后的延性,掺入玄武岩纤维后混凝土应力－应变全曲线峰值点、反弯点与临界剪切点处的应力均有所提高,在纤维掺量为０．１０％时最大,各点对应的应变随玄武岩纤维掺量增加而增大,在纤维掺量为０．１２％时最大;当纤维掺量为０．１２％时,玄武岩纤维混凝土应力－应变全曲线上升段本构参数αａ为１．７６,下降段本构参数αｄ为１．７１;掺入粉煤灰会进一步降低玄武岩纤维混凝土的脆性,而磨细矿渣粉则相反。     

冻融劣化混凝土循环加卸载外包络线及能量演化

对历经不同冻融循环次数的混凝土进行了不同应变速率的单轴循环加卸载试验,分析了试验所得应力-应变曲线外包络线的特征,定义了单轴循环加卸载的耗散能、弹性应变能和塑性应变能,研究了这3种能量与冻融循环次数和循环加卸载次数之间的关系。结果表明:混凝土应力-应变曲线外包络线整体上呈先升后降的趋势;随着冻融循环次数的增多,混凝土的峰值应力逐渐减小而峰值应变逐渐增大;应变速率不影响应力-应变外包络曲线的形状;冻融循环影响混凝土的率敏感性;随循环加卸载次数的增加,混凝土的耗散能、弹性应变能和塑性应变能整体上均呈先增后减的变化规律;冻融循环削弱了混凝土的脆性;外力做功90%的能量用于不可逆转的变化过程。     

硅粉水泥固化土变形特征试验研究

以内蒙古河套平原粉质黏土为研究对象,将硅粉作为水泥土的外掺剂,研究当水泥掺量为6%、8%,硅粉掺量为1%、2%、3%、4%、5%时,水泥固化土的变形特征。无侧限抗压强度试验结果表明:当水泥掺量相同时,适量的硅粉可以提高水泥土的强度,随着硅粉掺量的增加水泥土抗压强度呈现增长趋势,水泥土的破坏形态表现为塑性剪切破坏;随着硅粉掺量的增加,水泥土应力—应变关系曲线的应力峰值及残余强度增大;硅粉掺量相同条件下,随着水泥掺量的增加,水泥土试件的破坏应力和破坏应变均逐渐增大。     

塑性混凝土双轴受压性能与破坏准则

基于塑性混凝土立方体试件的双轴压缩试验,研究了塑性混凝土的双轴受压性能和破坏准则。结果表明:当应力比较小时,塑性混凝土双轴受压破坏形态与单轴受压相似;随应力比增加,双轴受压破坏面龟裂现象明显;双轴受压下的塑性混凝土抗压强度显著提高,是单轴抗压强度的1.77~4.72倍;随应力比的增大,塑性混凝土抗压强度先增大后减小,应力比0.75时抗压强度的提高最大;单轴抗压强度越高,双轴受压时塑性混凝土抗压强度的增长越小。塑性混凝土八面体正应力应变曲线、剪应力应变曲线的斜率随应力比的增加有增大的趋势,其变形随抗压强度的增加有所降低。双轴受压各应力比下的八面体剪应力与正应力之间均具有线性关系,其斜率随应力比的增加逐渐降低。通过对试验结果的分析,建立了双轴受压下塑性混凝土抗压强度的包线方程以及双参数、三参数及考虑加载路径影响的破坏准则。     

循环压缩作用下铁尾矿砂混凝土变形破坏试验研究

为了研究循环压缩对不同铁尾矿砂掺量的混凝土疲劳损伤的影响,对铁尾矿砂混凝土开展了拌合物性能和变幅循环压缩试验。结果表明：铁尾矿砂混凝土吸水率均大于普通混凝土且吸水率随掺量增加而增大;铁尾矿砂掺量在40%以内时混凝土流动性较好,且压力泌水率属于可泵送空间;掺有铁尾矿砂的混凝土的循环受压应力-应变曲线由密变疏且变形相对普通混凝土较小;加载变形模量在临近破坏时会突然降低,总输入能和弹性应变能增长速率随着循环受压次数的增加而增大,而耗散能先缓慢增大之后迅速增大。     

膨胀剂不同掺量对自密实混凝土力学性质影响分析

针对混凝土收缩会对混凝土结构产生裂缝危害的问题,本文对膨胀剂不同掺量后的自密实混凝土进行了力学性能方面试验研究,包括抗压强度和收缩应变试验。结果表明,膨胀剂能够对自密实混凝土收缩起抑制作用,随着掺量的增加,抑制收缩的作用也加强。膨胀剂抑制混凝土收缩在一定程度上提高了自密实混凝土的抗压强度。     

基于声发射技术的钢纤维混凝土受压损伤本构关系研究

通过6组钢纤维混凝土试件轴心受压应力－应变全曲线试验,得到试件的应力－应变全曲线、 声发射撞击数－时间关系曲线和声发射参数,研究钢纤维参数对混凝土力学行为和声发射特性的影响。 结果表明:随着钢纤维体积掺量和长径比增加,混凝土峰值应力和峰值应变明显提高,其韧性和延性得 到显著改善;利用声发射参数分析可区分钢纤维混凝土试件的破坏模式;随着钢纤维的掺入,试件由受 拉破坏向剪切破坏转变。基于试验数据,建立了钢纤维混凝土单轴受压损伤本构关系方程,可为纤维混 凝土的工程应用和相关规程的修订提供参考。     

骨料及水灰比对透水混凝土性能的影响

为了研究骨料粒径及水灰比对透水混凝土力学特性及透水性影响,分别选取了骨料粒径2.5～6 mm、6～10 mm、10～16 mm以及16～20 mm四种范围单一级配碎石,制作了水灰比在0.25～0.34范围内的透水混凝土试样。通过单轴压缩试验及透水系数测试试验,得到了不同水灰比及不同粒径范围的透水混凝土试样应力应变曲线、抗压强度、峰值应变、吸收功及透水系数等力学及物理性能,分析了骨料粒径、水灰比对材料抗压强度、吸收功及透水系数等影响,并在试验结果基础上,建立了材料抗压强度同透水系数之间关系。结果表明:骨料粒径为2.5～6 mm、6～10 mm、10～16 mm透水混凝土抗压强度、应变峰值、吸收功在水灰比0.25～0.31范围内,随水灰比的增加而增加,当水灰比超过0.31时,随着水灰比增加而减小;材料的透水系数随着水灰比的增加而减小;材料的抗压强度同透水系数之间近似服从线性关系。研究成果可为透水混凝土配合比设计提供借鉴作用。     

带初始损伤混凝土的动态抗压性能研究

对65个直径为68 mm的混凝土圆柱体试件进行试验分析,系统研究了不同初始损伤程度的混凝土试件在冲击荷载作用下的动态抗压特性。通过对混凝土试件预加不同的静态荷载,从而在试件内产生不同程度的初始损伤;利用SHPB设备进行不同速率下的冲击试验,研究初始损伤程度对混凝土动态抗压强度、应力应变关系以及破坏模式的影响。试验结果表明,初始损伤对混凝土动态抗压强度产生重要影响,其影响程度与混凝土试件的初始损伤程度密切相关,损伤程度在阈值以下时对混凝土的动态抗压强度影响较小,超过阈值时影响显著;随应变率增加,带损伤混凝土的动态抗压强度显著提高;含水率的增加降低了带初始损伤混凝土动态抗压性能。基于试验结果,提出了综合考虑初始损伤程度影响和应变速率效应的抗压强度预测模型。     

三级配大骨料混凝土双轴抗压性能试验分析

利用自行研制的大型混凝土静、动三轴试验系统,完成了5种应力比、4种应变率、3种含水状态（干燥、自然、饱和）的三级配大骨料混凝土双轴动态抗压试验。试验研究了含水率对三级配大骨料混凝土动态极限抗压强度的影响,并在此基础上提出考虑含水率影响的大骨料混凝土动态破坏准则。研究表明,饱和混凝土试件在高应变率下的强度明显提高,而在低应变率下强度则有所降低。在相同应变率下,极限抗压强度在应力比为1∶0.5时达到最大值。影响三级配大骨料混凝土试件破坏形态的主要因素为应力比,其动态极限抗压强度随含水率的增大而增大,而静态极限抗压强度随含水率的增大而减小;单轴受压状态下的变形明显小于双轴受压,试件的峰值应变随应变率的增大而减小。     

冻融环境下水工碾压混凝土单轴动态抗压性能研究

为研究冻融循环和加载应变率对水工碾压混凝土抗压力学性能的影响,通过室内模拟碾压混凝土坝工程配合比和施工工艺制备碾压混凝土试件,开展不同冻融循环次数（0、25、50、75次）下的冻融试验和不同加载应变率（10?5/s、10?4/s、10?3/s、10?2/s）下的单轴压缩试验,分析碾压混凝土冻融表观特征及加载破坏形态,研究冻融循环次数和加载应变率对抗压力学性能的影响规律;并基于多元回归分析方法,构建抗压强度、峰值应变、应力-应变曲线与冻融循环次数和加载应变率的相关关系。结果表明:碾压混凝土抗压强度与加载应变率呈线性增强关系,与冻融循环次数满足二次多项式的劣化关系;峰值应变与加载应变率满足二次多项式的降低关系,与冻融循环次数满足二次多项式的增长关系。通过全应力-应变拟合曲线与试验曲线的比较发现,在研究的应变率和冻融循环次数范围内,二者吻合较好。     

地震应变率下水饱和度对混凝土动力压缩效应的影响

为揭示地震应变率下不同含水量混凝土的力学性能变化规律,采用真空饱水设备快速制备不同水饱和度混凝土试件以消除水泥进一步水化对试验结果的影响;进行了3种应变率下(10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1)的单轴压缩试验,测试分析了应变率和水饱和度对混凝土的应力应变曲线形态、抗压强度、弹性模量以及峰值应变的影响规律与影响机理。研究结果表明,随着应变率增加,混凝土动态抗压强度增大、弹性模量增加、而峰值应变减小;随着水饱和度增加,混凝土在静载以及动载下的抗压强度绝对值减小,但动载作用时动力强度增长因子增大;应变率越高混凝土峰值应变随水饱和度增大而减小的趋势越明显。综合考虑应变率效应以及水饱和度的影响,提出了混凝土力学性能指标的经验计算公式,与试验结果有着较好的吻合度。     

不同侧应力状态下混凝土循环加卸载损伤特性

采用大型多功能液压伺服静动力三轴仪对不同单向恒定侧压下的混凝土进行应变速率为10-4s-1的等应变增量循环加卸载试验,恒定侧压为单轴静态抗压强度的0%,5%,10%。研究了不同侧应力水平下应力-应变全曲线中滞回环的变化规律,分析滞回环与耗散能的关系,并构建损伤估计模型,最后基于耗散能统计,研究混凝土的损伤特性。得出主要结论如下:(1)全曲线中滞回环在卸载初始阶段应力下降较快而变形恢复很慢,但随着应力的逐渐下降,应变恢复才开始加快;(2)在循环次数相同时,耗散能随着侧应力的增加而增加,且增加幅度明显,表明单位耗散能具有明显的侧应力敏感性;(3)建立的双参数损伤估计模型,能够很好地拟合循环加卸载损伤与累积残余应变的关系;(4)随着侧压比的提高,混凝土损伤发展速度逐渐减慢,损伤累积的路径大幅延长。     

不同砂率及骨料粒径对塑性混凝土断裂韧度的影响

为研究不同砂率和骨料粒径对塑性混凝土断裂韧度的影响,开展了塑性混凝土力学性能测试和三点弯曲切口梁断裂试验,分析了不同配合比塑性混凝土物理力学韧度和表观形态,揭示了不同砂率和骨料粒径塑性混凝土断裂韧度的演化规律。结果表明:不同砂率和骨料粒径下的塑性混凝土强度和断裂韧度变化过程差异明显,随着砂率由45%增大至85%,塑性混凝土强度和断裂韧度在骨料粒径为0~5 mm时均下降明显,5~10 mm时均呈上升趋势,但断裂韧度上升幅度较低;骨料粒径为10~20 mm时,试件强度的变化规律与5~10 mm时相似,总体呈上升趋势,随着砂率由45%增大至85%时断裂韧度先下降后上升;同一配合比条件下塑性混凝土强度、特征荷载和断裂韧度随骨料粒径变化的变化规律较一致。     

温度对混凝土力学性质影响的颗粒流模拟研究

为探索混凝土在热力耦合作用下的宏观力学性质和微裂纹的变化规律,采用PFC软件中的热模块,对5种温度下的混凝土试块进行了数值模拟分析.研究结果表明:(1)温度和峰值强度呈现负相关关系,单轴抗压强度和弹性模量随温度的变化服从幂函数关系,且温度对于强度和变形参数的影响不同,强度相较于变化参数而言,对温度更加敏感.(2)随着温...