基于三维颗粒离散元法的喷射混凝土单轴抗压试验研究

以喷射混凝土室内单轴抗压试验为基础,研究喷射混凝土单轴抗压试验的三维颗粒离散元模拟方法。根据平行黏结模型的黏结尺寸理论,将室内试验级配进行合理简化,建立三维数值力学试验模型。研究试件在数值试验中的受力全过程和细观破坏形态,得到试验数据,绘制应力-应变曲线和裂缝数-荷载步曲线,与室内试验结果进行对比分析。结果表明:利用简化模型,可提高计算速率;三维颗粒离散元单轴抗压试验模拟获得的喷射混凝土强度特性、微观裂缝的发展过程和试件破坏特点与室内试验结果吻合;三维颗粒离散元法可以描述喷射混凝土这类具有明显非连续性特征材料在单轴受压状态下的细观破坏特征,为研究其在复杂受力条件下的破坏机理奠定基础。     

增强颗粒对混凝土斜面压剪破坏过程的影响

为提高新老混凝土黏结性能,提出了一种在自密实混凝土表面撒干石子替代混凝土表面凿毛的新工艺.将石子视为黏结面增强颗粒,利用岩石破裂过程分析系统(RFPA)软件,进行了不同黏结强度斜面压剪试件和黏结面含增强颗粒斜面压剪试件在单轴压缩荷载作用下破坏过程的数值模拟,并将自密实混凝土表面撒不同粒径干石子的斜面压剪试验结果与数值模拟结果进行对比.数值模拟分析了不同黏结强度斜面压剪试件的破坏模式以及主裂纹产生、扩展、贯通、次生裂纹产生等过程.结果表明:对强度等级高于C35的新老混凝土,当黏结面黏结强度小于30MPa时,斜面压剪强度取决于黏结面黏结强度,不同强度等级混凝土的斜面压剪强度相近;当黏结面黏结强度大于30MPa时,斜面压剪强度随混凝土强度等级增大而增大,最后稳定在混凝土轴心抗压强度附近.单增强颗粒的大小对试件弹性模量和斜面压剪强度影响较小,可以忽略;多增强颗粒的粒径越大,越有利于提高斜面压剪强度,且黏结面不再是最薄弱位置.实际试验结果与数值模拟结果吻合较好,当混凝土表面撒有粒径为5~20 mm石子时,其斜面压剪强度比表面凿毛试件提高107%.     

混凝土受拉随机损伤本构关系及其应用

利用扩展的弹簧模型 ,从细观层次上分析了混凝土试件在单调拉力作用下的宏观性能 ,解释了混凝土单轴受拉应力 -应变关系中的应变软化和应力跌落现象 ;基于静力平衡和变形协调条件 ,建立受拉本构关系 ;利用单轴受拉试验 ,确定细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数 ;与已有试验结果相比较 ,结果吻合较好     

长径比对SFRC抗压性能的细观数值模拟

根据Weibull统计分布理论推导了钢纤维混凝土(SFRC)的损伤本构模型,基于试验数据得到了SFRC模型参数。利用ANSYS软件在细观上建立钢纤维混凝土立方体试件有限元模型,并对其单轴压受力下的力学性能和破坏状态进行了数值模拟,研究钢纤维长径比对钢纤维混凝土抗压强度的影响。结果表明,SFRC细观模型能较好的模拟单轴受压下混凝土的静力学性能和损伤破坏。     

重复荷载作用下SFCB混凝土黏结性能试验研究

针对钢-连续纤维复合筋（SFCB）混凝土构件在动荷载作用下应力传递机制复杂、黏结破坏机理及应力分布特征尚未明确等问题,通过等阶、变阶重复加载的中心拉拔试验、并与单向拉拔试验对比。结果表明：等阶、变阶重复加载试件的黏结强度比单向拉拔试件低11.8%～19.8%,黏结界面损伤更为严重,且重复加载1次平均黏结应力峰值出现约0.5%～1.6%的损失;不同加载方式,试件拔出过程中的黏结-滑移曲线特征基本相似,钢芯与纤维层因变形不一致出现相对滑移;SFCB沿埋长方向的黏结应力并非均匀分布,不同加载方式的应力“波峰”形态有所区别。明确重复荷载作用下SFCB混凝土的黏结性能,可为SFCB混凝土结构设计、黏结-滑移曲线模型建立提供重要的参考依据。     

粗集料形状对纤维混凝土力学性能影响的数值模拟

基于统计理论和Monte-Carlo随机抽样原理,分别建立了纤维混凝土随机圆形、椭圆形和凸多边形骨料细观模型,提出并验证了纤维混凝土细观模型力学性能数值模拟试验方法,并针对不同粗集料形状的纤维混凝土细观模型进行了抗压和抗弯拉强度数值模拟试验。结果表明,数值模拟试验与试验室试验得到的抗压和抗弯强度的平均值误差分别为6.5%、4.8%,峰值误差分别为10.7%、15.6%,基于建立的细观模型进行力学性能数值模拟试验是准确合理的;纤维混凝土抗压强度随粗集料表面积的增大呈微弱降低的趋势,粗集料形状对试件的最终受压破坏形态有显著影响;三种粗集料形状的纤维混凝土受弯拉破坏形态都出现了多缝开裂现象,粗集料形状对抗弯拉强度没有明显影响。     

围压作用下类岩材料动态力学特性研究

为了研究动荷载作用下不同围压水平对类岩材料混凝土力学特性的影响。从混凝土细观结构出发,建立混凝土随机骨料塑性损伤模型,根据混凝土破坏强度的数值试验确定方法,施加冲击荷载,计算了不同围压水平下混凝土的破坏强度和破坏位移,分析了不同围压水平下的破坏形态。结果表明:混凝土属于围压敏感性材料,加载速率不变,随着围压的不断增大,混凝土的动强度、破坏位移以及残余强度也在不断提高,两者成线性增长关系;围压不变,随着加载速率的提高,混凝土的动强度和破坏位移非线性提高,残余强度基本不变。围压大小不同,混凝土材料内部应力分布不同,导致混凝土的破坏类型发生变化,反映出破坏面形状和大小不同。该模型可以比较好的模拟围压作用下混凝土的动力特性。     

基于CT技术和灰度共生矩阵理论研究不同荷载#br# 作用下混凝土的细观损伤演化过程

混凝土CT试验可以通过CT图像记录外部荷载作用下混凝土内部细观损伤演化信息。峰值强度前不同应力阶段同一断面的CT图像所对应的原始数字矩阵中存在细微差异,而这些不能被直观观察到的细微差异正是研究混凝土损伤萌生、演化的关键。为了深度挖掘数字矩阵中的细微差异信息,文章建立了一套基于灰度共生矩阵理论的分析程序来研究混凝土细观损伤演化过程,并分别应用混凝土试件在单轴静力压缩和拉伸荷载作用下的CT试验结果来验证该方法的有效性。结果表明,该方法不仅能有效地评估混凝土试件的初始细观损伤分布及其在荷载作用下的演化过程,预测试件的断裂位置,确定最大损伤断面,而且能通过统计特征值建立细观损伤变量表达式来定量表征细观损伤。不同应力阶段的4个统计特征值(对比度、能量、相关性、同质性)的变化显示静压试件在应力达到峰值强度的96.2%时,试件内部第42-235幅混凝土横断面位置处损伤有明显发育,且这与试件破坏后的裂缝位置一致,静拉试件在峰值强度前其内部细观损伤未见发育,试件破坏后裂缝出现在89-116幅混凝土横断面CT图像之间。另外,混凝土试件破坏前后的CT图像的灰度共生矩阵对应的彩色热图的对角线分布、峰值个数及带宽与细观损伤发育程度相关。     

围压作用下类岩材料动态力学特性研究北大核心

为了研究动荷载作用下不同围压水平对类岩材料混凝土力学特性的影响。从混凝土细观结构出发,建立混凝土随机骨料塑性损伤模型,根据混凝土破坏强度的数值试验确定方法,施加冲击荷载,计算了不同围压水平下混凝土的破坏强度和破坏位移,分析了不同围压水平下的破坏形态。结果表明:混凝土属于围压敏感性材料,加载速率不变,随着围压的不断增大,混凝土的动强度、破坏位移以及残余强度也在不断提高,两者成线性增长关系;围压不变,随着加载速率的提高,混凝土的动强度和破坏位移非线性提高,残余强度基本不变。围压大小不同,混凝土材料内部应力分布不同,导致混凝土的破坏类型发生变化,反映出破坏面形状和大小不同。该模型可以比较好的模拟围压作用下混凝土的动力特性。     

基于CT技术和灰度共生矩阵理论研究不同荷载作用下混凝土的细观损伤演化过程

混凝土CT试验可以通过CT图像记录外部荷载作用下混凝土内部细观损伤演化信息。峰值强度前不同应力阶段同一断面的CT图像所对应的原始数字矩阵中存在细微差异,而这些不能被直观观察到的细微差异正是研究混凝土损伤萌生、演化的关键。为了深度挖掘数字矩阵中的细微差异信息,文章建立了一套基于灰度共生矩阵理论的分析程序来研究混凝土细观损伤演化过程,并分别应用混凝土试件在单轴静力压缩和拉伸荷载作用下的CT试验结果来验证该方法的有效性。结果表明,该方法不仅能有效地评估混凝土试件的初始细观损伤分布及其在荷载作用下的演化过程,预测试件的断裂位置,确定最大损伤断面,而且能通过统计特征值建立细观损伤变量表达式来定量表征细观损伤。不同应力阶段的4个统计特征值(对比度、能量、相关性、同质性)的变化显示静压试件在应力达到峰值强度的96.2%时,试件内部第42-235幅混凝土横断面位置处损伤有明显发育,且这与试件破坏后的裂缝位置一致,静拉试件在峰值强度前其内部细观损伤未见发育,试件破坏后裂缝出现在89-116幅混凝土横断面CT图像之间。另外,混凝土试件破坏前后的CT图像的灰度共生矩阵对应的彩色热图的对角线分布、峰值个数及带宽与细观损伤发育程度相关。     

加载速率对湿态混凝土强度的影响

首先研究了混凝土在自由吸水条件下的饱和度演化规律,然后对5种湿度状态下的混凝土进行了5种抗压加载速率下的单轴压缩试验和5种劈裂抗拉加载速率下的劈裂抗拉试验,最后建立了不同饱和度混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度随加载速率变化的预测公式,并分解了自由水与加载速率的独立效应.结果表明:相同加载速率下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随饱和度的增加而降低;相同饱和度下混凝土试件的抗压强度与劈裂抗拉强度均随加载速率的提高呈近似指数关系增长;相同饱和度下混凝土劈裂抗拉强度随加载速率的变化幅度较抗压强度更为显著.     

硫酸盐和干湿循环作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律

盐湖、盐渍土地区水位变幅区的混凝土材料劣化问题突出。该文开展不同质量浓度硫酸盐溶液干湿循环侵蚀作用下玄武岩纤维混凝土侵蚀试验、材料力学试验和微观测试,测试分析混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、质量变化、相对动弹性模量等参数的演变规律,揭示不同浸泡浓度及龄期下玄武岩纤维混凝土的劣化机制;结合混凝土试件侵蚀后的表观形态和细观结构特征,研究不同侵蚀周期下掺玄武岩纤维混凝土的细观结构演变机理。结果表明:掺入长度6mm玄武岩纤维的混凝土抗压及劈裂抗拉强度增强效果优于长度12mm纤维;硫酸盐和干湿循环侵蚀作用下玄武岩纤维混凝土劣化规律受硫酸盐溶液浓度、干湿循环次数和纤维掺量3个因素协同作用影响,干湿循环作用下硫酸盐侵蚀产物主要为石膏型侵蚀和钙矾石型侵蚀。掺玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀能力明显优于于素混凝土。     

Influence of steel fibres on strength and ductility of normal and lightweight high strength concrete

This paper presents the results of a series of experiments conducted to investigate the effectiveness of fibre inclusion in the improvement of mechanical performance of concrete with regard to concrete type and specimen size. Lightweight aggregate concrete and limestone aggregate concrete with and without steel fibres were used in the study. The compressive strength of the concrete mixes varied between 90 and 115 MPa and the fibre content was 1% by volume. Splitting tests on prisms and three-point bending test on notched beams were carried out on specimens of varying sizes to examine the size effect on splitting strength, flexural strength and toughness.

The experimental findings indicate that the low volume of fibre has little effect on compressive strength but improve remarkably splitting tensile strength, flexural strength and toughness. The increase in splitting tensile strength, flexural strength and toughness index for lightweight concrete seems much higher than that of normal aggregate concrete.

The size effect on prism splitting tensile strength is not significant beyond a critical (transition) size. There are apparent size effects on flexural strength and toughness index. As the specimen size increases, splitting and flexural strengths appear to decrease, and fracture behaviour tends to be more brittle.     

振捣时间对橡胶集料混凝土强度及橡胶颗粒均质性的影响

由于橡胶颗粒较轻,橡胶集料混凝土在振捣密实时橡胶颗粒存在上浮现象。对不同振捣时间成型的混凝土,进行了湿体积密度、强度及颗粒均质性的对比试验。结果表明,机械振捣时间少于30s,抗压和劈拉强度都小于人工插捣成型的混凝土,且振捣时间越短,强度越低。当振捣时间为30s时,劈拉强度达到最大值。振捣时间在30～60s范围内,抗压强度随振捣时间的延长而逐渐提高,且强度增长的幅度逐渐增大,但劈拉强度却是递减的;随振捣时间的延长,体积密度逐渐增大,橡胶颗粒上浮现象逐渐明显。橡胶集料混凝土的适宜振捣时间为30～40s。     

楠竹加筋复合锚杆管材力学性能试验研究

 楠竹加筋复合锚杆是一种应用于土遗址加固工程的新型锚杆,为了解锚杆的工作机制,对其管材楠竹进行力学性能试验,研究竹材的抗压、抗拉、抗弯强度及其影响因素。结果表明：3 a生楠竹块顺纹抗压强度达119 MPa,比5 a生楠竹大;同一根楠竹,取自基部和中部的竹块试样,顺纹抗压强度相当,均小于顶部试样;竹块顺纹、横纹、径向抗压强度分别为98,37和65 MPa,强度差异是由加压方向和竹纤维生长方向之间的关系决定的;竹材的顺纹抗压、抗拉和抗弯强度均与竹材的含水率有关,含水率增大强度降低,当含水率达到一定值时,抗压强度趋于稳定;径高比为1∶1和1∶2的竹筒抗压强度试验以及竹条抗拉强度试验结果表明,竹节对竹筒和竹条的强度有一定的削弱作用。     

高温后纤维陶粒混凝土力学性能试验研究

通过对分别掺入聚丙烯腈纤维(PANF)、聚乙烯醇纤维(PVAF)的陶粒混凝土进行20,200,400,600,800℃五个温度水平高温后的加载试验,研究纤维掺入对陶粒混凝土抗压强度、抗拉强度与弹性模量随温度的变化规律,并与无纤维掺入陶粒混凝土进行对比分析。试验表明:分别掺入纤维PANF和PVAF后,对高温后陶粒混凝土的立方体抗压强度无明显改善效应,但可有效提高陶粒混凝土高温后的劈裂抗拉强度;掺入PANF后可改善陶粒混凝土在达到峰值极限荷载后的脆性破坏特性,在600℃内可有效提高陶粒混凝土高温后的棱柱体抗压强度,在20~400℃内能有效减缓陶粒混凝土弹性模量的降低。     

纤维增强泡沫混凝土的力学强度及吸水性能

以普通硅酸盐水泥和动物蛋白发泡剂为基材,制备了泡沫混凝土,研究了:试样强度随水灰比、干密度、纤维长度、纤维类型的变化规律;单轴受压下应力应变全曲线;试样微观泡孔分布以及吸水性能的变化。结果表明,素泡沫混凝土和纤维增强泡沫混凝土的抗压强度均随孔隙率增加呈指数减小,水灰比对抗压强度的影响随纤维添加量、孔隙率的不同而不同。短丝纤维对强度的提升优于长丝纤维,网状纤维对强度的改善优于丝状纤维;纤维泡沫混凝土应力应变全曲线包括上升、下降和峰后三段,与素泡沫混凝土相比,其峰值应力对应的峰值应变减小,而弹性模量和残余应力均大幅增加;大直径泡孔占比随纤维添加量增加而降低,添加纤维提升了试样的吸水性能。     

Analysis of circular concrete-filled double skin tubular slender columns with external stainless steel tubes

This paper investigates the strength and behaviour of concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) slender columns under axial compression. The lean duplex stainless steel material (EN 1.4162) which has recently gained significant attention is considered herein as the external jacket of such columns. Finite element (FE) analyses of several CFDST columns are conducted. Careful consideration is taken in the modelling for the concrete behaviour, for which both of the compressive and the tensile behaviours and the non-linear behaviour due to cracking are fully considered. The accuracy of the current FE models is ensured through the comparison with the existing columns in literature. A parametric study is then conducted to investigate the behaviour of such columns under different affecting factors; the slenderness ratio, the concrete confinement effect, the hollow ratio, the concrete compressive strength and the thickness ratio. The behavioural differences between intermediate length and very long CFDST columns are carefully addressed. Analytically obtained ultimate strengths are compared with design strengths calculated by European and American specifications. European design strength is found to give better predictions compared to the American specifications. However, it is shown that both strengths cannot be used in design because they overestimate the ultimate strengths and thereby do not satisfy the safety requirements. Therefore, a modification is suggested to the European design model which is shown to be able to estimate the compressive resistance of the CFDST columns more accurately than other methods.     

Influence of added concrete compressive strength on adhesion to an existing concrete substrate

An experimental study was performed to evaluate the bond strength between two concrete layers of different ages, considering different mixtures of added concrete, with different strengths. The specimens first had the roughness of the substrate surface increased by sand blasting. Later, the new concrete was added. Afterwards, slant shear tests were performed to quantify the bond strength in shear. These tests indicated that increasing the compressive strength of the added concrete relative to the compressive strength of the substrate concrete improves the bond strength and changes the rupture mode from adhesive to monolithic. A finite element analysis showed that, increasing the difference between the compressive strengths of the added concrete and the substrate concrete, higher values of normal stress are present in the interface, for the same level of shear stress. The study presented in this paper reveals that the added concrete, normally with higher compressive strength than the substrate concrete, may possibly have an influence on concrete-to-concrete bond strength. Therefore, design of shear at the interface between concrete cast at different ages, according to Eurocode 2, could be improved, since here only the lowest strength concrete is considered.     

多孔混凝土基层的应力-应变特性

为进行多孔混凝土基层路面的结构设计,需研究其应力-应变特性.通过小梁试件三分点加荷试验及棱柱体试件轴心抗压试验,分别测试多孔混凝土的弯拉弹性模量与轴心抗压弹性模量.对试验结果进行回归分析,得出多孔混凝土弯拉弹性模量与弯拉强度、抗压弹性模量与轴心抗压强度之间分别符合相关性良好的幂指数关系,并据此得出多孔混凝土弯拉弹性模量与弯拉强度、抗压弹性模量与轴心抗压强度的对应关系表,作为其弹性模量的推荐值.