基于微预应力-固结理论的早龄期混凝土高温拉伸徐变试验与模拟

研究了早龄期混凝土高温拉伸徐变特性,建立起能够考虑混凝土内部水化热和外界环境温度影响,并且适用于早龄期混凝土拉伸徐变的数值计算方法。采用自行设计的门式徐变加载设备和环境箱控制系统,进行了室温（23℃）和高温（43℃）环境下的混凝土拉伸徐变试验,加载龄期分别为1 d、7 d和28 d。利用徐变试验结果确定模型的计算参数,进而模拟、验证温度因素对于混凝土拉伸徐变的影响。研究结果表明,早龄期混凝土的拉伸徐变对混凝土的加载龄期和温度变化非常敏感,基于微预应力-固结理论建立起考虑温度效应和早龄期特征的数值模型,可以较好地描述不同温度历史下的早龄期混凝土拉伸徐变特征。模型采用应力-应变增量关系进行数值计算,能够为通用有限元软件徐变分析的二次开发提供基础。     

钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型及其徐变性能分析

为研究混凝土徐变对钢管混凝土轴心受压构件长期受力性能的影响,考虑构件截面内力重分布,建立了钢管混凝土轴心受压构件截面应力和应变以徐变系数为参数的随混凝土龄期变化关系的理论模型,结合已有试验数据和国内外常用12种混凝土徐变预测模型对该模型进行验证,并找到了适用于钢管混凝土轴心受压构件的徐变预测模型--Huo模型;在此基础上,计算并分析了钢管混凝土轴心受压构件混凝土龄期为10000 d的截面应力和应变;通过对混凝土强度等级、环境年平均相对湿度、初始加载龄期、含钢率、构件长度、截面应力水平等因素的不同取值,分析了各因素对钢管混凝土轴心受压构件徐变性能的影响程度及规律。结果表明:当钢管混凝土轴心受压构件的轴力不大于其极限承载力的60%时,随着加载龄期的增长,钢管截面应力逐渐增大,最大变化量达61.4%,而混凝土截面应力逐渐减小,最大变化量达26.2%;加载初期构件应变增长迅速,1000 d以后应变增长速度减慢,构件最终应变是初始应变的1.61倍;在轴压比相同的条件下,钢管混凝土轴心受压构件的徐变应变终值随着混凝土强度等级的提高而逐渐增大,随着含钢率的增大显著减小,随着初始加载龄期、环境年平均相对湿度、构件长度的增大而逐渐减小,轴压比不大于0.6时,其徐变应变终值随轴压比增长。研究成果可为钢管混凝土轴心受压构件在正常使用阶段徐变计算以及徐变变形控制提供依据。     

膨胀剂和钢管侧限对混凝土徐变应变的影响

为了研究不同膨胀剂质量分数和钢管侧限对混凝土徐变应变的影响,共进行了12组有、无钢管侧限的混凝土徐变试验。结果表明:加载龄期到480天的试验试件中,有钢管侧限的混凝土徐变应变约是无钢管侧限徐变应变的0.175~0.181倍,钢管侧限大大降低了混凝土的徐变应变。同时进行了三种不同质量分数膨胀剂(质量分数分别为4%、8%和12%)的混凝土徐变试验。结果表明:无论有、无钢管侧限的混凝土结构,膨胀剂质量分数对混凝土徐变应变的影响关系为:质量分数4%时,结构徐变应变均最大;质量分数为8%时,结构徐变应变次之;质量分数为12%时,结构徐变应变最小。通过钢管侧限对混凝土的套箍效应计算分析表明,在混凝土结构加载应力相同情况下,有钢管侧限的混凝土结构应力比小于无侧限的混凝土结构应力比;钢管侧限对混凝土的侧向约束增加,限制了混凝土纵向变形;随着应力比的减小,结构徐变变形减小。同时应用扫描电镜二次电子成像分析膨胀剂的作用机制得出:水泥浆中膨胀剂水化产生粗棒状、互相交叉的三硫型硫铝酸钙(AFt)结晶体,填充在原来被溶液占据的小孔里,使水泥石更密实。     

基于广义Kelvin链钢管混凝土徐变研究

混凝土徐变是混凝土材料本身固有的一个时变特性,是结构响应中一个重要组成部分,其计算方法通常是建立在单轴试验和理论基础上。为探讨钢管混凝土徐变特性,该文采用自制的压力自平衡混凝土徐变试验装置对混凝土圆柱和圆钢管混凝土柱进行了徐变试验,结果表明:钢管混凝土柱徐变变形要比普通混凝土柱的徐变变形小,在该文试验中两者相差接近50%,这可能是密闭钢管内核心混凝土无法与外界发生水分交换而不发生干燥收缩和干燥徐变以及钢管围压所致。根据粘弹性理论,引入多参数Kelvin链粘弹性元件模型,建立了求解单轴应力状态下混凝土徐变的Volterra型积分方程,模型参数近似表示为连续粘滞谱。通过离散时间变量t和分步积分,进一步得到了单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型。依据徐变叠加原理,考虑Poisson效应,进一步将单轴应力状态下混凝土徐变应力-应变增量本构模型拓展到三轴应力状态,用于钢管混凝土徐变分析。对有限元商用软件Ansys进行二次开发,将反映三轴应力状态下混凝土徐变性能的本构方程引入Ansys提供的用户子程序Usermat中,并采用Fortran语言编程,从而实现了钢管混凝土徐变长期性能的有限元分析计算。将有限元数值解与试验结果进行对比分析,发现该文提出的模型是科学的和有效的。该文提出的方法将为混凝土徐变计算提供了另一条有效途径。     

钢管混凝土小偏心受压构件的徐变分析

通过对钢管混凝土偏心受压构件的受力特性进行分析,结合核心混凝土的徐变特点,采用继效流动理论及多轴应力状态下混凝土的徐变理论,构造了计算钢管混凝土偏心受压构件徐变的计算方法。此方法较为合理地考虑了多轴应力状态下核心混凝土的特点及钢管混凝土构件徐变的影响因素(如含钢率、材料等级、应力级别等),并引入迭代来计算构件的徐变。计算算例结果与试验结果的对比表明:本文所提出的方法理论可靠、合理。     

方钢管再生混凝土短柱轴压承载性能试验研究

为了研究方钢管再生混凝土短柱的轴压承载性能,以再生粗骨料取代率为主要变化参数,设计了11个方钢管再生混凝土试件进行轴压试验。试验结果表明:方钢管再生混凝土的破坏形态与普通方钢管混凝土相似,呈斜压破坏,再生粗骨料取代率变化对方钢管再生混凝土的承载性能影响不明显。采用统一强度理论、叠加计算理论对方钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行了计算和分析,结果表明两种理论的计算结果均小于试验值,偏于安全,综合经济性考虑,建议采用统一强度理论的计算公式对方钢管再生混凝土短柱进行设计。最后根据试验数据拟合了方钢管再生混凝土应力-应变关系的全过程表达式。     

核心混凝土缺陷对钢管混凝土构件徐变影响规律及预测模型研究

为了合理地预测含有缺陷的钢管混凝土构件徐变变化规律,进行了四种缺陷工况下钢管混凝土徐变试验,分析了国内外不同徐变预测模型对钢管混凝土缺陷构件的适用性.研究结果表明:受压过程中,空洞缺陷周围混凝土微裂缝不断产生与扩张,造成混凝土错位滑移,增大了钢管混凝土的附加变形;脱粘缺陷阻碍了钢管与核心混凝土之间的应力重分布作用,削弱了钢管与混凝土的相互作用效果,增大了核心混凝土的徐变变形;无缺陷及空洞缺陷时,ACI209模型计算所得理论值与钢管混凝土徐变实测值最为接近;脱粘缺陷时,B3模型计算所得理论值与钢管混凝土徐变实测值最为接近;针对不同的缺陷类型,提出了修正模型,大大提高了钢管混凝土缺陷构件的徐变预测精度.     

配筋混凝土粘弹性参数的徐变试验研究

为了便于分析配筋混凝土结构的粘弹性温度应力,本文将配筋混凝土看作为一种复合材料,通过试验来测定该材料的粘弹性参数。文中采用三分点加载的方式进行了配筋混凝土小梁的室内徐变试验,并对试验数据进行了回归分析。结果表明：1. 用配筋混凝土小梁的徐变试验来测定配筋混凝土材料的粘弹性参数是可行的;2. 荷载历史是徐变减小的重要原因,在计算温度应力时,徐变系数取值要考虑这一因素;3. 在本试验配筋条件下,配筋对徐变影响很小,配筋混凝土的徐变系数与素混凝土的徐变系数近乎相等。     

钢管再生混凝土轴压短柱受力性能的试验与理论分析

为了研究钢管再生混凝土短柱的轴压性能,以再生粗骨料替代率和套箍指标为主要变化参数设计了22个试件进行轴压试验,观察了试件的受力全过程和破坏形态,获取了试件的应力-应变全过程曲线,分析了骨料替代率、套箍指标对其承载性能的影响,试验结果表明:试件的破坏形态与普通钢管混凝土相似,再生粗骨料替代率对钢管再生混凝土影响不大,套箍指标对承载能力和变形性能影响明显。并分别用统一强度理论,套箍混凝土理论和叠加计算理论对试件的承载力进行了计算和分析,结果表明:统一强度理论和叠加计算理论计算值小于试验值,而套箍混凝土理论计算值略大于试验值,最后对应力-应变全过程曲线拟合分析,提出了试件的应力-应变全曲线方程。研究结果可供钢管再生混凝土短柱的科学研究和工程应用参考。     

不同温度环境中沥青混凝土动态抗压性能试验研究

为研究沥青混凝土在不同温度环境中的动态力学特性,该研究在-20~30℃和10-5~10-2 s-1条件下对其进行了动态抗压试验研究。试验结果表明:温度和应变速率对沥青混凝土的力学性能有显著影响,降低温度或增加应变速率导致抗压强度和弹性模量增加,峰值应变减小;当温度大于20℃或小于-10℃时,应变速率由10-5 s-1增加到10-2 s-1,温度对抗压强度和弹性模量的影响逐渐减小,该研究提出的温度影响因子经验公式较好地反映了抗压强度和弹性模量随温度变化的规律。在-20~0℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈线性增长;在0~30℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈非线性增长。在此基础之上,基于时温等效原理,建立了沥青混凝土抗压强度和弹性模量的计算模型。该模型考虑了温度和应变速率对沥青混凝土的共同作用,与试验结果吻合较好。