水泥混凝土路面的疲劳损伤分析

本文研究了水泥混凝土在重复荷载作用下的疲劳损伤机理。通过混凝土梁试件的疲劳试验,寻觅出新的混凝土疲劳损伤规律,并提出计算公式。从细观断裂力学和损伤力学的观点出发,解释了该规律的物理意义。应用该规律,可以预估旧有混凝土路面和飞机场跑道的剩余寿命。     

水泥砼路面的疲劳损伤研究

本文从细观断裂力学和损伤力学角度出发,分析了混凝土疲劳损伤破坏全过程,引入了构件最危险损伤区域的概念。在此前提下,讨论了材料参数对疲劳损伤的敏感度,定义了一个新的混凝土疲劳损伤描述参量,给出了相应的疲劳损伤扩展规律公式,并提供了预估旧有水泥混凝土路面的剩余疲劳寿命的方法。     

基于细观物理机制的混凝土损伤数值仿真

首先利用数字图像处理技术生成能反映混凝土真实结构的数值试件,然后从细观角度将混凝土分为三相:骨料、硬化水泥浆体及其界面.根据界面区的细/亚细观物理结构,提出了一类界面过渡区简化模型.对其余两相材料,分别建立了不同的细观单元本构关系及损伤破坏准则.由此,建立了基于细观物理机制的混凝土损伤数值仿真模型.数值仿真结果与真实试验结果比较表明,该方法可以成为一种较可靠的细观损伤数值仿真途径.     

基于细观尺度沥青混合料二维建模方法及数值模拟

沥青混合料受非均匀性细观结构影响,其应力特性易发生变化为分析受细观结构影响的沥青混合料应力特性,本研究从细观尺度出发,结合室内劈裂试验结果,利用有限元软件建立二维数值模型分析沥青混合料的力学与损伤特性。结果表明：在沥青混合料疲劳损伤过程中,粗集料尖角附近应力集中现象明显,AC-13C数值模型应充分考虑2.36mm以上的粗集料,并在细观尺度上说明2.36mm作为AC-13C粗细集料分界线的可行性。     

三轴受压状态混凝土统计损伤本构模型

本文从混凝土微元强度服从weibutl分布的角度出发,利用混凝土三轴受压破坏全过程的试验数据,引入随机建模理论,确立了细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数,从而建立了混凝土破裂全过程的统计损伤演化方程和混凝土损伤统计本构方程,该模型参数少,便于工程应用,与试验结果进行比较分析表明,该模型与实测结果吻合良好。     

基于Stefan效应的混凝土随机细观黏性损伤模型

在中、低应变率时(地震作用加载速度),混凝土应变率效应主要由黏性机制控制.试验表明,混凝土中的自由水对应变率效应有着重要的影响,发现含水率高的混凝土动力拉伸应变率效应比含水率低的明显.自由水的存在是混凝土产生黏性效应的细观物理机制.其物理背景是,动力加载时混凝土微缺陷中自由水的运动产生了类似Stefan效应的阻力,从而使混凝土的裂纹扩展阻力变大.本文从Stefan效应的物理方程出发,通过对Stefan-Reynolds方程进行适当变形,发现基于Stefan效应的黏性效应实际是源于混凝土微缺陷非均匀性的一种细观结构效应.从而实现了对Stefan效应定量化分析,使得混凝土宏观黏性系数有了较明确的物理含义.在上述基于Stefan效应细观解释的基础上,结合细观随机断裂模型得到了混凝土在中、低应变率时考虑应变率效应的黏性动力损伤模型.     

岩石疲劳损伤扩展规律CT细观分析初探

利用笔者研制的CT(ComputerizedTomography)机专用三轴加载试验设备 ,进行了实时的岩石疲劳损伤演化CT细观试验。从细观尺度证实了岩石疲劳破坏存在门槛值 ,研究了循环荷载最大应力值的变化对岩石疲劳破坏的影响机理 ,得到了岩石细观疲劳损伤扩展的初步规律。     

非均质混凝土破坏过程的细观数值试验

结合细观单元的弹塑性各向异性损伤本构模型,建立了研究非均质混凝土破坏过程及其非线性力学行为的细观数值试验模型。该模型基于混凝土材料细观层次的结构特征,采用Weibull随机分布函数引入材料的非均匀性;同时,为反映加载边界条件如端部约束等的影响,采用Bathe提出的接触问题约束函数法处理不同物体之间的相互作用。运用该模型,对压缩和拉伸加载方式下混凝土的渐进性破坏过程进行了系统性的数值试验,其结果与他人的研究结果基本一致,从而验证了该模型的合理性。该模型为从细观层次研究复杂加载方式下混凝土的渐进破坏过程,进一步揭示混凝土的破坏机理及其非线性力学行为本质提供了一种新的数值试验手段。     

基于TOUGHREACT的岩石水力损伤耦合数值模型研究

从细观力学角度出发,充分考虑水-力耦合条件下岩石细观特征及其演化,结合热力学理论,建立基于TOUGHREACT的岩石细观水力损伤耦合数值模型.模型可较好地考虑任意微裂纹滑移剪胀、损伤扩展和法向压缩闭合等细观力学行为对岩石宏观变形破坏、渗透性演化和水流运动过程的影响.采用室内煤岩注水破坏试验成果对数值模型的正确性和有效性...     

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     

基于损伤理论的硅藻土混凝土冻融损伤研究

通过快速冻融试验,对不同强度等级的掺硅藻土混凝土的抗冻性进行了分析.在损伤理论的基础上构建了多次冻融后混凝土劣化失效的数学模型,使用Matlab程序模拟了混凝土内部各单元点的损伤失效与时间的函数关系,并生成了混凝土的截面损伤概率图.在冻融循环时间相同的条件下对不同硅藻土掺量的混凝土进行了对比分析.结果表明:硅藻土的加入...     

现场环境下混凝土冻融耐久性预测方法研究

已有的冻融研究积累了大量标准试验数据,但由于现场冻融环境和室内冻融环境间的巨大差异,大量标准冻融试验数据难以直接应用于现场混凝土冻融耐久性预测。如何利用混凝土冻融标准试验数据模拟现场冻融环境下混凝土的冻融过程并给出冻融耐久性预测是工程实践中迫切需要解决的问题。首先分析室内外冻融环境的差异,在室内外混凝土材料性能(包括微孔结构性能)一致的前提下,对现场混凝土频繁接触水的情况进行研究。从疲劳损伤机制出发,利用Miner损伤累积法则和损伤等效原则,结合现场实测气温资料模拟现场混凝土冻融过程,建立能够联系实验室冻融和现场冻融的等效室内冻融循环次数公式,提出利用等效室内冻融循环次数和标准冻融试验数据预测现场混凝土冻融耐久性使用年限的方法。预测值与十三陵水库现场数据和北方部分港口工程现场数据的比较表明预测方法能够得到符合工程预测需要的结果。     

冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响

采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后进行弯曲疲劳试验。以相对动弹性模量为损伤变量,从损伤的角度分析冻融循环作用对混凝土疲劳寿命的影响,对疲劳试验数据进行威布尔分布检验,建立冻融损伤混凝土的疲劳方程。结果表明,在疲劳荷载相同的情况下,混凝土的真实应力水平随冻融损伤的增加而显著变大,疲劳寿命则急剧降低;在损伤度相同的情况下,盐冻对混凝土疲劳寿命的影响比水冻大;冻融损伤混凝土的疲劳寿命服从两参数威布尔分布,但其离散性要大于未损伤混凝土的离散性;当损伤混凝土与未损伤混凝土的真实应力水平相同时,两者的疲劳寿命基本接近;冻融损伤后混凝土的疲劳寿命与真实应力水平之间的关系可用未损伤混凝土的疲劳方程进行表示。     

冻融条件下岩石损伤扩展特性研究(英文)

在冻融环境条件下,岩石内损伤裂纹的冻胀、开裂是一系列物理、力学复杂过程,所以研究冻融环境条件下岩石的损伤扩展机理具有重要意义。本文从损伤力学角度出发,借助于岩石损伤CT扫描实验研究冻融条件下岩石损伤扩展特性。主要做了以下两方面的工作一是研究冻融循环对岩石损伤的影响,从岩石的含水率、密度、损伤CT数的变化等实验现象,着重探讨冻融条件下岩石内部水分迁移、水冰相变对岩石损伤及其扩展的影响;二是研究了冻结温度对岩石损伤的影响,对实验现象主要从损伤CT数统计频率的变化来研究,分析时主要考虑了水冰相变体积膨胀和岩石材料本身物理特性两方面的因素。研究结果表明,冻融循环与冻结温度对岩石损伤有一定影响,而且就相同的温度条件来讲,岩石孔隙大小、孔隙贯通程度、孔隙率及岩石本身强度对损伤有着重要影响。     

弯拉荷载冻融循环氯盐侵蚀作用下混凝土的劣化

研究了冻融循环-氯盐侵蚀和弯拉荷载-冻融循环-氯盐侵蚀作用下混凝土的劣化行为,分析了氯盐侵蚀和冻融损伤的相互影响,以及弯拉荷载对混凝土抗冻性能的影响.结果表明:冻融循环导致混凝土微裂纹萌生、扩展,使孔隙结构遭到破坏,从而加速了氯盐的侵入;氯盐的侵入会影响混凝土的饱水度和孔隙溶液的迁移,加速冻融循环造成的表面剥落和内部损伤.在弯拉荷载-冻融循环-氯盐侵蚀作用下,混凝土的破坏形式以表面剥落为主,弯拉荷载会加速劣化,甚至使其脆性断裂.     

单面冻融下玄武岩纤维混凝土抗冻性能研究

通过玄武岩纤维混凝土单面冻融试验,分析了不同冻融次数、冻融介质(水、盐、飞机除冰液)和纤维掺量下混凝土的质量损失、动弹性模量及抗压强度,研究了玄武岩纤维混凝土的单面抗冻性及其损伤规律。试验结果表明:随着冻融次数的增加,3种冻融介质下玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量、抗压强度均减小,而质量损失出现相反情况。3种冻融介质对混凝土的损伤程度最严重为盐溶液,其次分别为水溶液、飞机除冰液。对于水冻与盐冻,混凝土掺入玄武岩纤维能够提升其抗冻性。通过拟合发现,二次多项式模型的拟合精度高于指数型模型,说明二次多项式模型更能准确表征单面冻融下玄武岩纤维混凝土的损伤程度。     

冻融条件下混凝土破坏面演化模型研究

对混凝土材料冻融破坏的研究多用动弹性模量表示，与强度损失相比，动弹性模量在工程结构方面一般不直接使用。针对此情况，建立冻融混凝土在主应力空间内实用的破坏面演化模型，以描述冻融后混凝土的强度变化。为此，根据混凝土冻融破坏的机制，应用损伤力学方法量化冻融造成的损伤并建立演化方程，应用“有效应力”的概念建立混凝土冻融破坏面在主应力空间内的发展演化模型，并预测混凝土冻融后的强度特征。最后通过已有试验数据验证演化模型的合理性。     

预应力混凝土结构在冻融循环条件下的疲劳性能研究

以预应力混凝土试件为研究对象,对不同冻融循环次数条件下的疲劳损伤特性进行分析。混凝土结构在经历一定冻融循环次数后,等效于先进行了一级疲劳加载,根据多级加载疲劳理论,以相对动弹性模量的衰减为参数建立多级疲劳损伤参量,引入冻融损伤因子kn来表征冻融损伤的影响,建立冻融循环条件下的混凝土结构疲劳损伤模型。该模型可考虑试件总体损伤程度。试验验证,模型计算损伤度值与试验值之间的误差在16%以内。     

聚合物改性多孔混凝土冻融特性研究

多孔混凝土路面的冻融破坏主要表现为内部冻胀及表面脱落,为研究聚合物改性多孔混凝土的冻融特性,采用快冻法对不同配比的基准混凝土、含砂混凝土及聚合物混凝土进行低温冻融循环试验,对比分析试验前后多孔混凝土试件的外观及质量损失。结果表明：基准混凝土的抗冻性主要由粗集料的冻融特性决定;而掺入机制砂或聚合物的多孔混凝土,其抗冻性由集料及胶结料的冻融特性共同决定;可通过选用抗冻性好的优质集料,增加混凝土中胶结料的含量,改善季冻地区聚合物改性多孔混凝土的抗冻性能。     

钢纤维混凝土抗冻性能试验研究

为了研究钢纤维混凝土的抗冻性能,采用快冻法进行了0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％五种不同钢纤维掺量的混凝土在水中和3.5％氯化钠溶液中冻融试验.通过分析冻融循环次数和钢纤维体积率对钢纤维混凝土冻融后质量损失、劈裂强度损失和相对动弹性模量变化的影响,分析了冻融环境下钢纤维对混凝土的增强机理.并且用压汞法和SEM从微观上研究了钢纤维混凝土的孔径分布特征,讨论了微观结构对其抗冻性能的影响.研究表明,在冻融循环作用下掺入适量的钢纤维能够减小混凝土内部的孔隙率、增加密实度,有效阻止混凝土内部微裂缝的产生与发展,提高混凝土的抗冻性能.钢纤维掺量对混凝土抗冻性影响显著,掺量为1.5％时,钢纤维对混凝土抗冻性能改善效果最好.