玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆 (SHPB) 试验装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能 , 并对试验的有效性进行了分析。结果表明: 玄武岩纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数近似呈线性关系 , 强度与变形能力随平均应变率的提高而线性增加 , 体现了很强的应变率相关性 ; 纤维体积掺量为 0. 1 %的玄武岩纤维混凝土较素混凝土的动态抗压强度提高了 26 % , 变形能力提高了 14 %; 纤维体积掺量分别为 0. 2 %、 0. 3 %的玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度比素混凝土高出 25 %左右 , 而变形能力较素混凝土无明显优势 ; 在玄武岩纤维混凝土的 SHPB试验中 , 试件破坏时刻为 123. 3～239.μ45 s , 近似恒应变率加载时间比例约为 62 % , 且应变率曲线的波动范围控制在 23 %左右 , 能够较好地满足应力均匀分布及恒应变率加载要求 , 表明 SHPB试验结果可靠。      

AFRP约束混凝土多次冲击试验研究

为研究芳纶纤维增强层复合材料（AFRP）约束条件下混凝土抗多次冲击的动态力学性能,采用Ф100 mmSHPB试验装置和超声无损检测,在相似应变率条件下,对C30,C40,C50三种基体强度等级的1~3层AFRP约束混凝土抗多次冲击动态力学性能和冲击后混凝土试件内部损伤规律进行试验研究。结果表明：各约束层数AFRP约束混凝土动态峰值应力对冲击次数不敏感,上下浮动不超过8%,稳定性良好;随着冲击次数的增加,动态峰值应变增大,内部混凝土损伤增大,损伤因子与冲击次数呈线性关系;AFRP约束混凝土内部损伤在达到普通混凝土极限损伤后仍能保持试件完整,具备对抗下次冲击的能力。     

氧化铝空心球复掺玄武岩纤维轻骨料混凝土动力学性能

采用直径100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,研究不同应变率下素混凝土(PC)、玄武岩纤维混凝土(BC)、氧化铝空心球混凝土(AC)及玄武岩纤维-氧化铝空心球复合混凝土(BAC)动力学性能,构建动态本构模型。结果表明,应变率提高,4组试件动压强度、峰值应变、均值应变及破碎分形维数增大,应变率效应显著;掺入氧化铝空心球使试件强度及动弹性模量降低,峰值应变及均值应变增大,冲击变形性能增强。基于Sargin非线性弹性静态本构模型,引入率强化因子与骨料弱化因子构建材料的动态本构模型,所得拟合曲线与实测应力应变曲线吻合较好,特征强度与特征应变等基本相同。     

纤维高强混凝土的动态力学性能试验研究

为研究纤维高强混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,采用大尺寸φ75mm Hopkinson压杆,对三种纤维含量的钢纤维高强混凝土、PVA纤维高强混凝土试件进行了三种应变率范围的冲击压缩试验,得到了它们在较高应变率范围内的动态应力-应变关系。试验表明纤维高强混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内纤维高强混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的。纤维高强混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大。钢纤维和PVA纤维对混凝土耗能能力的改善和提高表现在材料达到峰值应力后开始破坏的过程中。同时也对两种纤维高强混凝土材料的纤维增韧特性及耗能机理也进行了分析和探讨。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明:采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

混凝土圆柱体试件在低速冲击下动力效应的研究

为研究混凝土圆柱体试件在冲击荷载作用下的动力效应,利用落锤冲击试验机,对混凝土圆柱体试件在应变率100~101/s范围内进行轴向冲击试验,并采用混凝土连续面盖帽模型（CSCM）对试验过程进行数值模拟。试验中测量不同冲击速度及冲击边界下的锤头冲击力、试件轴向应变时程曲线,获取了试件破坏形态及破坏过程的高速影像,比较分析了不同冲击速度及边界条件下,试件应力、应变峰值,应变率及动力增强系数（DIF）的变化规律。结果表明：随冲击速度的增加,试件的应力、应变峰值,应变率及动力增强系数都呈增加的趋势,冲击力作用时间则减小。混凝土平均强度与冲击速度呈抛物线关系,应变率则与冲击速度呈线性关系。模拟结果表明,CSCM混凝土本构模型在低速冲击范围内,有很好的计算精度,模拟破坏形态与试验结果吻合良好。     

FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型

在平面应变条件下对FRP-混凝土-钢混合双管柱进行力学分析,考虑混凝土和钢管的弹塑性,通过FRP管有无达到极限状态判断试件是否破坏,提出FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型,理论计算曲线与试验曲线吻合较好。在理论模型基础上对FRP与钢双管约束混凝土应力-应变曲线进行参数分析,考察FRP管类型、空心率、钢管径厚比、混凝土强度以及钢管强度对混凝土应力-应变曲线的影响,研究表明FRP管类型、空心率和混凝土强度对应力-应变曲线有影响,钢管径厚比和钢管强度几乎没有影响。     

纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明:轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。     

钢纤维地质聚合物混凝土冲击力学性能研究EI北大核心CSCD

通过控制粉煤灰、矿渣用量制备基准强度分别为C50、C60和C70的普通地质聚合物混凝土试件,再掺入不同体积量(0.3%, 0.6%, 0.9%和1.2%)的钢纤维制备出钢纤维地质聚合物混凝土试件。采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对试件在不同冲击气压(对应不同应变率)下的抗冲击性能进行研究,探讨钢纤维掺量、应变率及混凝土基准强度对试件动态抗压强度和韧性指数的影响;采用ABAQUS软件进行数值模拟,对模拟与试验结果加以分析和验证;建立钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型。结果表明:各组试件的动态抗压强度随着应变率、混凝土基准强度地提高逐渐增大,而钢纤维掺量仅对强度较低地质聚合物混凝土产生较大影响;应变率的提高使试件完整性逐渐变差,而随着钢纤维掺量与混凝土基准强度的提高,试件完整性逐渐变好,冲击耗能与韧性逐渐增加;数值分析与试验结果吻合较好,验证了结果的可靠性;钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型计算结果与试验结果整体吻合较好,可用于预测冲击荷载下钢纤维地质聚合物混凝土的力学性能。     

纳米二氧化硅改性超高韧性水泥基复合材料冲击压缩试验研究

该文采用Ф80 mm的分离式霍普金森压杆装置,研究了纳米改性后的UHTCC（ultra high toughness cementitious composites）在高速冲击压缩应力状态下的力学响应,并与常规UHTCC材料、钢纤维混凝土进行了对比。试验得到了各组材料在准静态和动态共计4组应变率（2.36×10-5 s-1、120 s-1、160 s-1、200 s-1）下的准静态压缩强度及冲击压缩应力-应变曲线,并计算了各组试件的耗能能力。为了进一步优化材料的抗冲击性能,该文还研究了纳米改性后的UHTCC基体中钢纤维和PVA纤维的混杂效果。试验结果表明:5组材料均具有应变率敏感性,峰值应力和耗能能力随着应变率的增大而上升;经过纳米改性后的UHTCC材料冲击压缩力学强度及耗能能力明显提高;在冲击荷载下,钢纤维和PVA纤维产生正混杂效应,提高钢纤维掺量可以强化UHTCC的抗冲击能力;应变率的大小和钢纤维的掺量之间的关系影响了动态峰值应力的提升。     

透水沥青混凝土单轴冲击压缩特性研究

为研究透水沥青混凝土的动态力学特性,采用74 mm钢质分离式霍普金森压杆装置对不掺纤维和掺0.3%聚酯纤维的透水沥青混凝土进行了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究表明,透水沥青混凝土具有明显的应变率效应,试件压缩率随着应变率的增大而提高,掺聚酯纤维透水沥青混凝土的压缩率是不掺纤维的1.2倍左右;透水沥青混凝土的动态应力-应变曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段。从试件的破坏形态可以看出,集料的断裂是透水沥青混凝土破坏的主要原因。在透水沥青混凝土中掺加聚酯纤维能够延缓裂缝的出现和开展,提高材料的冲击抗压强度,增幅最大为45.1%。     

钢纤维混凝土动态压缩性能及全曲线模型研究

对钢纤维含量分别为0%,1%,2%,4%和6%的C30和C40混凝土进行了常三轴动态压缩试验,C30混凝土试件围压值为0,6,9,12,18和24 MPa,C40混凝土试件围压值为0,8,12,16,24和32 MPa;试验过程中采用位移控制模式下的正弦波分级加载.在此基础上,进行了应力应变全曲线表达式的选择与分析,并对各材料参数与诸因素同的相关性进行了分析.结果表明:(1)通过对Ezeldin等提出的钢纤维混凝土静态荷载作用下的应力-应变全曲线公式进行β参数修正,使该模型可以很好地描述钢纤维混凝土在动态常三轴压缩作用下的应力-应变全曲线关系;(2)混凝土基体强度越高,纤维含量对材料动态抗压强度的改善作用越显著,但受压状态下纤维含量对提高混凝土动态强度总的幅度较小;(3)混凝土动态峰值应力对围压大小较敏感,且随基体强度的提高,其敏感性有所下降.峰值应变与诸因素的相关关系基本上与峰值应力相同;(4)在动态荷载作用下钢纤维混凝土的割线弹性模量、钢纤维含量与割线模量间的相关性均随基体强度的提高而提高,(5)围压与纤维含量对混凝土材料在受压状态下的韧度指数ncmax影响不大.     

超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能试验研究

为研究超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能,对超低温环境下钢筋混凝土结构,尤其是轴心受压构件的分析和设计工作提供试验依据和数据支持,通过3组体积配箍率不同的钢筋混凝土试件的轴心受压试验,研究混凝土应力-应变曲线、荷载-位移曲线随温度的变化趋势。对温度参数无量纲化处理后,进一步研究配箍特征值对混凝土强度、峰值应变、延性的影响规律,并进行应力-应变曲线拟合。结果表明:温度降低,箍筋约束混凝土的峰值应力、弹性模量提高,峰值应变减小,脆性增大;配箍特征值增大,混凝土强度、峰值应变、延性均增大,弹性模量变化不大;试验所得应力-应变曲线与理论曲线吻合较好。     

冲击荷载下钢管混凝土柱模型力学性能试验研究

为研究冲击荷载下钢管混凝土柱（CFT）的力学性能，采用φ57mm轻气炮实验装置和技术，进行了8个钢管混凝土柱模型的冲击试验及模拟分析计算。测得了不同弹体冲击速度下试件表面的应变时程曲线，获取了试件破坏形态及残余变形，比较了不同弹体冲击速度、试件装夹部位、试件外包约束等因素的影响。结果表明，冲击荷载作用下试件残余变形、应变变化直接与弹体冲击速度有关；受弹体碰撞后，试件冲击端的残余变形最大；装夹部位设在试件中部更能真实的模拟试件受力的真实情况．外包碳纤维对试件的抗冲击性能有一定的改善，尤其是在横向变形较大的部位；钢管混凝土柱模型试件的应变量级很大，环境噪声影响较大，可采用大阻值和大量程应变片提高应变准确度。     

FRP非均匀约束海水海砂混凝土方柱轴压性能

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明：由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%～18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。     

压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究压剪作用下外掺聚乙烯醇(PVA)纤维对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料取代率、压应力比和PVA纤维体积掺量为变化参数,设计并制作144个立方体试件进行压剪试验。观察了试件的破坏形态,得到了荷载-位移曲线及垂直变形-剪切位移曲线,分析了不同变化参数对抗剪强度、峰值位移的影响规律。结果表明：0.1%体积掺量的PVA纤维对再生混凝土的抗剪强度提高了10%;随着压应力比的增大,试件的抗剪强度呈增大趋势,平均增大了2.03倍;与普通混凝土相比,再生混凝土试件的抗剪强度平均降低了13%;当再生粗骨料取代率为100%时,PVA纤维最佳掺量为0.1%;提出了纤维掺量为0.1%时压剪作用下PVA纤维再生混凝土抗剪强度计算公式。     

煤矿泥岩冲击动态力学特性与破裂破碎特征分析

煤矿巷道围岩在采掘过程中受多种动载作用,为了研究动载对围岩破坏变形的影响,通过直径50 mm分离式Hopkinson试验装置开展不同冲击气压下煤矿常见泥岩在冲击荷载作用下的动态力学特性和破裂破碎特征试验,研究了不同冲击气压状态下试件应力应变特征、破坏形态和试件动态强度随应变率增长规律,分析了试验过程中应力波传播与试件裂纹扩展的关系。结果表明:在设定的试验条件下,泥岩试件的加载率、应变率和峰值应变均表现出随冲击气压的增大而增大;试件的动态单轴抗压强度随着应变率的增加呈现指数型增长,表现出强应变率效应;试件在反射应力波与透射应力波共同作用下,产生环向拉裂破坏和轴向劈裂破坏。