飞机拦阻系统用超轻质混凝土组成设计研究

为保持飞机拦阻系统用超轻质混凝土溃缩强度的长期稳定,设计了"P·I水泥+惰性掺合料"胶凝材料体系,基于超轻质混凝土的干密度及溃缩强度的变化规律,确定了关键制备参数的适宜取值范围,研究了超轻质混凝土的孔结构特征。结果表明,"P·I水泥+重质碳酸钙"体系下超轻质混凝土在60 d后溃缩强度基本保持稳定,重质碳酸钙掺量为63.0%～64.3%时,超轻质混凝土60～150 d溃缩强度变化率为0.93%～7.08%,压溃曲线平台段应力偏差为±4.98%～±9.70%。发泡剂和稳泡剂的推荐掺量分别为4.4%、5.0%,稳泡剂能优化超轻质混凝土孔径分布。适宜水胶比为0.54～0.56,提高水胶比可能增加气孔的数量。     

泡沫轻质混凝土回填油气管道冲击试验模型研究

为解决管道长距离施工中回填土缺乏的问题,泡沫轻质混凝土因强度可控、施工方便以及经济环保,多用于公路、铁路的换填材料。基于此文章通过室内泡沫轻质混凝土回填管道的模型试验,研究了回填不同密度轻质混凝土的受冲击作用下,轻质混凝土表面下陷深度、管道应力以及冲击时间的变化规律。得到如下结论:随着轻质混凝土湿密度的增加,最终下陷深度分别为6.3 cm、5.8 cm、3.1 cm;2~#断面的管顶处所受应力最大,各密度下分别为-4.8 MPa、-5.8 MPa、-7.6 MPa,但管道均未发生破坏;不同密度下,因为吸能特性不同,导致冲击时间不同,密度越大,吸能特性越低,冲击时间越小。     

相对密度对泡沫铝动态压缩力学性能的影响

采用分离式霍布金森压杆（SHPB）技术,研究了相对密度对泡沫铝的动态力学性能的影响。结果表明：泡沫铝动态压缩应力一应变曲线具有多孔泡沫材料明显的三阶段特征,即线弹性阶段、塑性屈服平台阶段及致密阶段。相对密度对泡沫材料屈服强度和流动应力有很大影响,在动态响应下泡沫铝的应力均随相对密度的增大而增大,根据Gibson的公式进行分析,得出泡沫铝的动态压缩力学性能与相对密度的关系式。     

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料工程特性试验研究

砂–聚苯乙烯颗粒轻质填料是由工程标准砂和超轻质聚苯乙烯颗粒按一定质量配比均匀混合而成的土工合成材料,研究其变形和剪切强度特性是掌握其工程力学特性的重要内容,也是解决实际工程中变形和稳定的重要依据。根据单向压缩试验和三轴固结排水压缩试验研究了此种轻质填料的压缩变形特性、剪切变形特性及剪切强度特性。在单向压缩试验的基础上,分析了轻质材料的压缩变形规律和机制,提出了适合该材料的广义孔隙比概念,并得出一般压缩曲线方程,该方程能考虑孔隙比随荷载和配比的变化。在三轴压缩试验的基础上,观察了轻质填料在三维应力状态下的偏应力–轴向应变–体变的剪切变形规律及K f线的变化规律,并分析了配比和应力状态对三轴剪切变形及剪切强度特性的影响,同时得出了K f线形态变化的分界点。     

双向荷载下混凝土的破坏机理研究

为了研究不同加载条件下的混凝土力学特性与破坏机理,利用河南理工大学的双向加载试验机,对混凝土进行双向压缩试验。通过试验对比分析发现,双轴压缩混凝土的破坏现象与单轴压缩破坏不同,混凝土的破坏属于剪切破坏,而双轴压缩混凝土的破坏属于拉-剪破坏;双轴压缩混凝土的应力应变曲线可分为三阶段,且双轴1:1压缩强度较双轴2:1高,双轴2:1压缩强度比单轴压缩高,可见中间主应力对混凝土有显著的影响。     

石灰岩孔道试样压缩条件下变形与强度特征的试验研究

为了分析非均匀应力分布对石灰岩孔道试样变形、强度及破坏特征的影响,利用孔径为6~25 mm的石灰岩孔道试样,在RMT–150B岩石力学试验系统进行单轴和内孔压为0的常规三轴压缩试验。结果表明:(1)单轴压缩时,孔道试样的峰值强度、弹性模量与孔径没有明显关系,破坏特征以张剪性破坏为主,孔道没有出现坍塌迹象。(2)三轴压缩时,孔径对试样在屈服阶段以前变形特性的影响不明显,对峰值后的变形特征影响显著,孔道试样的弹性模量与孔道尺寸、围压的关系不大。(3)利用修正的Coulomb预测材料强度高出单轴压缩峰值强度11%左右,与完整试样试验回归结果大致相等,其值与孔径和围压没有直接关系;而以修正的双剪切强度准则预测材料强度受试样孔径、围压的影响较为复杂,孔径小于11 mm预测材料强度与孔径、围压的关系不明显,而孔径大于16 mm时预测材料强度随孔径、围压增加而降低。(4)三轴压缩时孔道试样的破坏特征受孔径、围压的双重影响,孔径较大时更有利于屈服破坏承载能力降低。     

淤泥再生EPS颗粒混合轻质土变形特性的试验研究

EPS颗粒混合轻质土具有轻质保温隔振、强度与密度可调节等优点,在工程中的应用已逐渐增多.为进一步揭示混合轻质土的变形特性,本文通过常规三轴试验研究了淤泥再生EPS颗粒混合轻质土的变形特性,分析了EPS颗粒体积含量、水泥掺入比、围压和养护龄期等因素对混合轻质土变形特性、破坏应变和变形模量的影响.结果表明:EPS颗粒体积含量、水泥掺人比、围压以及养护龄期对混合轻质土试样的变形特性均有影响,其应力-应变关系曲线均表现为应变软化型;试样的主应力差和初始弹性模量随EPS颗粒体积含量的增大而减小;水泥掺入比和围压越大,试样的应力-应变曲线变陡,初始弹性模量变大,应力强度变高,相应的破坏应变变小,脆性破坏明显;养护龄期越长,混合轻质土中的水化物不断增多,初始弹性模量增大,相应的峰值应力增大,材料由塑性破坏向脆性破坏过渡,峰值应变减小.     

混凝土强度与变形特性的围压效应试验研究

运用MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统对C30和C50混凝土圆柱体试件进行单轴、三轴压缩试验,得到了混凝土的应力-应变全过程曲线,研究了不同围压下混凝土的强度和变形特性。结果表明:Newman非线性方程较Richart线性方程更为准确地表达了强度与围压的变化规律,随着围压的增加,两种强度等级混凝土对应围压的强度差别逐渐减小;混凝土的抗压强度和破坏形态存在一临界围压σ3c,高于此临界围压时破坏阶段为应变软化,且抗压强度受混凝土强度等级影响较小,反之为应变硬化;随围压的增大,混凝土材料由脆性逐渐过渡为延性,变形能力增大,弹性模量、割线模量减小,泊松比增大,峰值轴向应变增大,其变化关系可用Ansari线性方程表示。     

基于能量耗散特征的脆性岩土材料三轴压缩损伤模型

从材料变形破坏过程中能量耗散特征入手,视脆性岩土材料为仅有损伤耗能的脆弹性部分和仅有塑性流动耗能的理想弹塑性部分共同组成,建立了适用于三轴压缩等复杂应力状态的损伤本构模型。对于脆弹性部分,认为体积变形和剪切变形均会引起材料内部结构单元的断裂破坏而产生损伤,但二者损伤耗能机理不同,对材料的力学性能及强度影响也不同,因而从能量耗散的角度出发,分别定义了体积损伤变量和剪切损伤变量,并通过变形过程中的能量守恒原理建立了相应的增量型损伤演化方程,进一步揭示了脆性岩土材料在复杂应力状态下的损伤机理;对于理想弹塑性部分,采用Mohr-Coulomb强度准则反映材料屈服强度。以三峡地下电站典型花岗岩为例,采用提出的损伤模型进行了数值计算。结果表明:该模型能够较好预测材料在三轴压缩过程中峰值强度、峰值应变及残余强度随围压的变化规律,反映材料随围压增大逐渐由脆性向塑性转变的特征,具有广泛的工程应用价值。     

基于能量耗散原理的混凝土力学损伤模型

从材料变形破坏过程中能量耗散特征入手,视混凝土材料为仅有损伤耗能的脆弹性部分和仅有塑性流动耗能的理想弹塑性部分共同组成,基于复合体损伤理论建立了混凝土力学损伤本构模型。对于脆弹性部分,分别采用张拉损伤和压剪损伤两个损伤变量描述不同应力作用下损伤行为,并通过受荷变形过程中的能量守恒原理推导相应的损伤演化方程;对于理想弹塑性部分则采用Mohr-Coulomb条件加以描述;利用FLAC3D软件开发相应的模型计算程序,算例计算结果表明,模型能够较好反映混凝土的力学特性。     

低强再生混凝土及其应用

通过疏理和分析国内外文献,结合试验论证,为建筑固废资源化提供一个新思路,即利用由废混凝土生产的再生原料(再生骨料和再生微粉)制备泡沫再生混凝土。阐述了再生骨料和再生微粉的加工工艺和复杂特性,分别介绍了再生混凝土和泡沫混凝土的力学性能及应用,并重点分析了影响泡沫混凝土性能的主要因素。充分利用再生混凝土与泡沫混凝土的自身特点,将两者进行有效结合,提出了一种低强功能化泡沫再生混凝土的制备方法,并确定了可行的配合比。最后,对这一研究方向进行了展望,提出了拦阻系统被破坏后现场实现二次、多次再生的可能性,使其具有更高的利用价值。研究结果表明:在同一种配合比下,泡沫混凝土的强度和密度远低于再生混凝土; 用再生细骨料取代标准砂后,所得泡沫再生混凝土的强度和密度会进一步降低; 所制备的泡沫再生混凝土符合规范《特性材料拦阻系统》(MH/T 5111—2015)中提出的耗能曲线要求,验证了将其用作机场跑道端末端安全区特性材料拦阻系统的可行性。     

混凝土多轴等幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了双轴拉-压、三轴拉-压-压等幅循环荷载作用下混凝土的疲劳性能研究.分析了不同侧压比、不同应力水平下混凝土的多轴等幅疲劳破坏形态、疲劳强度以及残余应变的变化规律,得到了应力水平-疲劳寿命(S-N)曲线及其表达式.结果表明:在等幅疲劳荷载下,混凝土多轴疲劳破坏形态与侧压比无关;残余应变呈三阶段发展规律,受侧压比影响较大,几乎与应力水平无关.定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,为混凝土多轴等幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考.     

Mechanical properties and associated seismic isolation effects of foamed concrete layer in rock tunnel

Foamed concrete has a good energy absorption capability and can be used as seismic isolation material for tunnels. This study aims to investigate the mechanical properties and associated seismic isolation effects of foamed concrete layer in rock tunnel. For this, a series of uniaxial/triaxial compression tests was conducted to understand the effects of concrete density, confining stress and strain rate on the mechanical properties of foamed concrete. The direct shear tests were also performed to investigate the effects of concrete density and normal stress on the nonlinear behaviors of foamed concrete layer-lining interface. The test results showed that the mechanical properties of foamed concrete are significantly influenced by the concrete density. The foamed concrete also has high volumetric compressibility and strain-rate dependence. The peak stress, residual stress, shear stiffness and residual friction coefficient of the foamed concrete layer-lining interface are influenced by the foamed concrete density and normal stress applied. Then, a crushable foam constitutive model was constructed using ABAQUS software and a composite exponential model was also established to study the relationship between shear stress and shear displacement of the interface, in which their parameters were fitted based on the experimental results. Finally, a parametric analysis using the finite element method (FEM) was conducted to understand the influence of foamed concrete layer properties on the seismic isolation effect, including the density and thickness of the layer as well as the shear stiffness and residual friction coefficient of the interface. It was revealed that lower density and greater thickness in addition to smaller shear stiffness or residual friction coefficient of the foamed concrete layer could yield better seismic isolation effect, and the influences of the first two tend to be more significant.     

聚丙烯纤维气泡混合轻质土抗压力学性能研究

通过聚丙烯纤维气泡混合轻质土标准试件无侧限抗压试验来探究聚丙烯纤维含量及纤维长度对气泡混合轻质土抗压强度的影响。试验结果表明:气泡混合轻质土的抗压强度随着聚丙烯纤维含量的增加而提高,且龄期越长,其强度增长效果越显著;当抗压强度达到峰值后,随着聚丙烯纤维长度的增加,气泡混合轻质土的抗压强度曲线呈降低趋势,且存在纤维长度最优值。结合材料应力-应变曲线,采用坐标无量纲化处理及分段式受压曲线方程理论,初步建立了聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线函数方程,并采用离散数据数值分析方法对应力-应变曲线下降段的理论函数方程进行修正,给出了具有明确物理意义的聚丙烯纤维气泡混合轻质土单轴受压全曲线分段函数方程。     

压剪复合作用下镁基盐发泡混凝土墙体力学#br# 性能试验研究

对镁基盐发泡混凝土试验墙体进行了压剪复合作用下的力学性能试验，研究了镁基盐发泡混凝土墙体不同轴压比工况下的力学性能，对比分析了三种轴压比和水平荷载组合作用下墙体的变形位移、破坏过程、破坏机理等性能。结果表明：在压剪复合作用下随着轴压比的增大，试验墙体的开裂荷载、开裂位移、极限荷载、极限位移、破坏荷载都相应增大，但破坏位移相对减小，墙体的弹性工作阶段可以得到延长且墙体的局部变形能力更强；在压剪复合作用下试验墙体的裂缝扩展形式为自截面边缘向内部逐渐发展的近似水平裂缝，为典型的正截面弯曲破坏；在压剪复合作用下试验墙体的破坏机理是当墙体内一点处最大拉应力超过材料单向应力状态下的极限拉应力，材料就会发生破坏；在压剪复合作用下试验墙体的变形能力较差，是一种脆性构件且总体应力与其材料强度相比一直处于低应力状态。     

复合箍筋约束高强混凝土应力应变性能

通过２６个约束混凝土试件（２００ｍｍ×２００ｍｍ×６００ｍｍ）的轴心受压试验，得到了约束混凝土应力应变全曲线。较详细地研究了复合箍筋对高强混凝土（Ｃ６０）强度和变形的影响，并与普通强度约束混凝土（Ｃ３０）进行了比较，主要考虑了箍筋直径、间距、形式和强度等影响因素。统计了高强约束混凝土峰值应力和峰值应变的计算公式。采用的应力应变曲线方程与实测曲线吻合较好。     

考虑应变软化的再生混凝土应力-应变全曲线方程

由于影响因素较多,确定再生混凝土的应力-应变全曲线性能需要积累较多的研究结果。采用0、50%和100%3种取代率,70 mm×70 mm×148 mm棱柱体试件,电-液伺服试验机,等位移速率加载,进行了再生混凝土单轴受压试验,获得了再生混凝土全曲线。试验表明:随取代率的增加,再生混凝土弹性模量略有减少,峰值应变逐渐增加,曲线上升段的略有差异。50%取代率组强度极限时试件的裂缝发展稳定性较差,100%取代率组峰值应力低变形能力较好。根据试验结果分析了应变软化现象,建立了再生混凝土考虑软化现象的全曲线方程。     

泡沫混凝土弹性模量的测试方法探讨

为获得密度为800 kg/m3的泡沫混凝土的弹性模量数据,设计了一种振弦式应变计测试的方法,并采用该方法测试了采用普通水泥和双快水泥配制的两种泡沫混凝土的应力应变,绘制了变化曲线,计算了弹性模量.采用普通水泥配制的泡沫混凝土,7 d的弹性模量在200～300MPa之间,采用双快水泥配制的泡沫混凝土,2 h的弹性模量在350～500MPa之间.测试表明该方法操作方便、速度快、测试结果离散性小、数值符合泡沫混凝土的特点和强度水平.     

混凝土火灾损伤本构模型研究

混凝土材料在高温作用下的力学性能研究对混凝土结构防火设计和火灾损伤评估具有重要意义。构建了混凝土火灾损伤本构模型,引入热损伤反映温度对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学参数的影响,考虑到混凝土受拉和受压状态下的不同的损伤特性,将混凝土材料的损伤分为受压损伤、受拉损伤和热损伤三种。建立了损伤演化、塑性流动以及内变量演化方程,通过塑性-损伤耦合,描述了不同温度和应力状态下混凝土的应力-应变特性,证明了模型严格符合热力学定律。利用所建立的本构模型对不同温度下的混凝土单轴拉伸、压缩试验进行了模拟计算,计算结果与试验结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。     

高强高性能混凝土在多轴压下强度与变形性能的试验研究

 利用大型静动真三轴试验机,进行高强高性能混凝土和普通混凝土在不同应力比下的单轴、双轴、三轴压强度与变形试验研究。多轴压试块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm,减摩措施为3层黄油中间加3层塑料薄膜的减摩垫层,加载方式为单调比例加载。阐述试件的破坏形态和机制;测得多轴强度、峰值应变和应力–应变曲线,分析应力比对其影响规律;剖析2种混凝土多轴力学性能的差异。试验结果表明：多轴压下2种混凝土极限强度s 3f和峰值应变e 3p在所有应力比下都分别大于其单轴压强度¦c和峰值应变e cp,尤其是在三轴压下更为明显;而且s 3f和e 3p相对于¦c和e cp的提高倍数取决于混凝土的脆硬性、应力状态和应力比。建立在双轴压和多轴应力状态下的高强高性能混凝土和普通混凝土Kupfer-Gerstle和Ottosen破坏准则公式,为2种混凝土结构(如桥梁与隧道工程、地下工程、建筑工程等)在多轴压下的强度分析提供试验和理论依据。