基于声发射技术的混凝土动态劈拉试验研究

为了研究混凝土材料在受拉状态时的动态力学性能,采用新型动态无损检测声发射技术进行了不同加载速率下(10^-5/s ,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)混凝土劈拉试验,根据实时采集的声发射数据建立了不同加载速率下应力及同步声发射参数与时间的对应关系,并在此基础上分析了混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及规律。结果表明混凝土在劈裂抗拉破坏过程中不具有典型的三阶段特征,加载前期产生的声发射信号较微弱,材料达到峰值应力时能量信号突然急剧上升;采集的声发射数据能真实地反映混凝土劈拉破坏特性。     

基于声发射参数的不同级配混凝土动态劈拉试验研究

对不同级配(二级配、三级配、四级配)的混凝土在不同应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)下进行了劈拉试验。对混凝土劈拉强度及轴向应变进行了深入分析,并利用实时采集的声发射数据分析了大体积混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及破坏规律。结果表明:随应变速率的增加混凝土劈拉强度呈增加的趋势,混凝土级配越高劈拉强度变化的奇异性越大;混凝土劈裂抗拉破坏过程不具有典型未裂阶段、裂缝阶段和破坏阶段的3阶段特征,加载前期产生的声发射信号较微弱,材料达到峰值应力时能量信号突然急剧上升;采集的声发射数据能较真实地反映混凝土劈拉破坏全过程。     

混凝土试件楔入劈拉试验及损伤参数研究

通过3组不同初始裂缝长度的混凝土双支承楔入劈拉试验,运用断裂力学和损伤力学的理论研究了初始裂缝长度对断裂破坏及损伤参数的影响。根据试验测试过程及计算结果分析,证明非均匀应力场下测试损伤参数是可行的,而初始裂缝长度对材料损伤参数有一定影响,表现为初始裂缝越长损伤参数也越大。测试结果同时说明,对混凝土构件中已开展裂缝的观测,其观测仪器宜布置在裂缝尖端并重视其应变突变值的捕获和分析。     

不同基体强度钢纤维混凝土劈拉性能研究

研究分析了混凝土中加入钢纤维后其劈裂抗拉强度的变化规律。分析结果表明:强度越高的混凝土掺入钢纤维后其劈裂抗拉强度的增长幅度越大,超高强混凝土在钢纤维体积掺量达到3%时劈裂抗拉强度增长率仍在提高。但对于强度相对较低的混凝土,钢纤维体积率达2%之后劈拉强度增长率已不再提高。     

有侧压混凝土动态劈拉力学性能试验研究

为模拟混凝土结构在地震等动态荷载作用下的真实应力状态,进行不同侧压力下的混凝土动态劈拉试验。对混凝土劈拉强度、峰值应变、弹性模量等力学性能与应变速率、侧压力之间的变化规律展开深入的分析,并基于统计分布理论改进了Mazars劈拉本构模型。研究结果表明,侧压力作用下混凝土劈拉受荷的力学性能仍具有率效应,应变速率和侧压力的增大均会引起混凝土劈拉强度与劈拉弹性模量的提高,混凝土动态峰值应变会随侧压力增大呈现出先减小后增大的变化规律。改进后的本构模型对不同侧压力下的混凝土动态劈拉应力-应变曲线拟合效果都很好,其中上升段拟合参数c值受应变速率与侧压力的双重影响,而下降段拟合参数A_T和B_T值则主要由试验条件决定。与其他学者的数据进行拟合比较,可以发现该模型具有很好的适用性。     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。     

三级配混凝土劈拉强度二维细观数值模拟

为从细观结构上研究混凝土劈裂抗拉强度,通过自编程序建立混凝土细观模型,采用混凝土损伤塑性模型描述细观各相材料的损伤演化。利用有限元技术数值模拟三级配混凝土试件的细观损伤断裂和劈裂抗拉强度,探讨了不同骨料分布、骨料形状、垫条宽度及界面厚度对劈裂抗拉强度的影响。结果表明:不同骨料分布和骨料形状对劈拉极限强度略有影响,但数值模拟结果均在试验统计范围内,且与文献资料中给定的试验结果相符。按照现行试验规程选取垫条宽度时,可以有效地缓解加载部位应力集中现象,使劈拉强度接近真实混凝土强度。骨料粘结界面厚度越小,混凝土劈拉极限强度越高。     

应力空间下混凝土动态劈拉损伤演化方程及损伤界点的确定

为研究混凝土动态劈拉特性,进行了不同应变速率下的混凝土动态劈拉试验,建立劈拉应力水平与声发射能量数的数学关系式,明确了混凝土劈拉损伤演化方程,提出了损伤界点的概念。基于医学ROC曲线确定最佳临界点理论,分析出了混凝土劈拉破坏损伤界点所对应的应力水平。研究结果表明高应变速率下,损伤第1阶段声发射信号开始产生时的应力滞后,当应力水平超过一定数值后,损伤第2段的声发射现象与低应变速率时的相似;损伤界点随着应变速率的提高向应力水平较高处推移,其变化范围为,且推移的规律服从线性分布,应力空间下混凝土劈拉损伤界点为0.75。     

有侧压混凝土的变速率劈拉强度试验及其破坏准则研究

本文报告了利用大型混凝土静、动三轴试验系统，进行64块普通混凝土试块在4种侧应力等级和4个数量级加载速率的混凝土劈拉试验的结果。系统地探讨了有侧应力作用时，混凝土在不同加载速率下的劈拉强度规律。在此基础上，建立了考虑不同侧应力和加载速率的破坏准则。为地震区的混凝土结构、海上混凝土采油平台、混凝土桩和核安全壳等结构受动态压/拉组合荷载作用的动态分析奠定了可靠的基础。     

水工混凝土抗劈拉模型分析研究

为研究聚丙烯纤维和细粒化高炉矿渣对混凝土抗劈拉性能的影响,将不同掺量的矿渣和聚丙烯纤维掺入普通混凝土中,制成100 mm×200 mm的圆柱体试样,并进行抗压强度和抗劈拉强度试验。结果表明,适量聚丙烯纤维和矿渣的掺入对混凝土的复合加强效应显著,可使水工混凝土的抗劈拉强度提高到其抗压强度的10%~12%;抗压强度与抗劈拉强度之间存在幂函数相关关系。     

锈蚀与冻融作用对混凝土抗拉性能的影响

为探究服役期内不同锈蚀率和冻融循环次数对混凝土拉伸性能影响的规律,通过氯离子电渗和冻融浸泡交替循环试验,并基于单轴拉伸实验结果建立了考虑锈蚀和冻融损伤的混凝土损伤因子计算方法。结果表明：锈蚀渗透对拉伸应力的损伤程度小于冻融循环对混凝土的损伤程度,冻融循环 30 次和 50 次拉伸应力分别降低了约 3.46%和 16.54%;当遭受冻融循环次数为 50 次时,氯离子渗透程度为 5%和 10%的试件损伤因子分别增大了 6.24%和 9.66%。通过对损伤试件拉伸性能进行评估,可对长期服役期内的损伤混凝土结构模拟提供可靠数据。     

混凝土的抗冻融破坏试验研究

简述混凝土抗冻融破坏现状及机理。通过配合比设计试验，分析影响混凝土抗冻融的因素。     

节理岩体冻融力学特性试验研究

对两种含水率状态下不同连通率的预制节理岩体进行了冻融循环试验,测定了试件冻融后的质量、波速,然后进行了三轴压缩试验,分析了冻融循环作用对节理岩体三轴抗压特性的影响以及损伤变化规律。研究表明:(1)由于含水率不同,冻融损伤后,饱和组节理试件的质量损失和波速衰减较天然组严重,且饱和组试件节理结构面附近劣化程度随着连通率的增加而增大;(2)三轴压缩试验中,两组节理试件三轴抗压特性的冻融效应具有相同的规律,采用二次多项式能很好地拟合峰值强度与冻融循环次数之间的关系;(3)随着冻融循环次数的增加,两组试件冻融损伤变量逐渐增大,且天然组试件抗冻性比饱和组试件强,其中连通率对饱和组试件冻融效应影响显著。     

用改进Najar能量法分析混凝土单轴受压损伤特性

Najar能量法定义了损伤耗散能和无损应变能,并通过两者的比值确定了混凝土单轴受压情况下的损伤变量。该方法原理清晰,但不能在宏观上很好地描述混凝土单轴受压破坏的实际过程。针对此问题改进了Najar能量法,将混凝土受压过程中的弹性变形和塑性变形剥离开来,定义了一个新的损伤变量。为了对比分析改进前后的方法,进行了不同加载速率下的混凝土单轴压缩试验,并对试验数据加以拟合。以拟合后的试验数据为基础,分别利用改进前后的两种方法计算了混凝土受压过程中损伤变量,得到了改进前后损伤变量随应变变化的关系曲线。对比分析发现,改进后的Najar能量法在计算上更为简便,而且在宏观上更符合混凝土单轴受压的一般破坏规律。同时,这一关系曲线也反映了混凝土材料的应变率效应。     

不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验

为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响,分别对混凝土进行0,10,25,35和50次快速冻融循环,并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%f_c的荷载历史作用后(f_c=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度),以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验,得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度,并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明:随着冻融循环次数的增加,历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低,且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系;选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型,经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线;此外,冻融循环次数越多,对混凝土造成的损伤程度越大,在损伤发展的后期阶段,冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化,直至进入破坏阶段。     

混凝土劈拉开裂和裂缝自愈合机理

采用混凝土圆盘试件,研究了劈拉加载下混凝土的开裂过程和裂缝形态,分析了试件劈拉应力-裂缝口张开位移曲线的特征,探讨了不同卸载位移下曲线的变化规律;对劈拉开裂后混凝土在不同环境中(海水、淡水和标准养护)的性能恢复规律和自愈合机理开展了试验研究。结果表明:混凝土劈拉开裂导致自身刚度降低,并且裂缝口张开位移越大,刚度降低越明显;自愈合产物与混凝土基体黏结强度较低,再次劈拉加载下试件刚度虽有恢复,但恢复值相对于初始刚度较小;裂缝自愈合是各种物理和化学过程综合作用的结果,愈合机理主要包括水泥的再水化作用、结晶作用、水泥水化产物的分解作用和颗粒杂质等的堵塞作用。     

掺钢和玄武岩纤维混凝土的冻融循环试验研究

钢纤维和玄武岩纤维能够有效提高混凝土耐久性,利用冻融循环试验,对掺钢和玄武岩纤维的混凝土抗冻性能及其冻融损伤计算模式进行研究。试验结果表明:混凝土抗冻性受到纤维种类和纤维体积掺量影响明显,当掺加体积率1.5%钢纤维和0.05%玄武岩纤维时混凝土抗冻性能最优,可达到F250等级水平。并对混凝土的冻融损伤机理和纤维的增强作用进行深入分析,确定了基于相对动弹性模量的冻融损伤计算模式和基于冻融累积损伤的冻融损伤计算模式。经过试验数据的对比分析,得出基于相对动弹性模量的冻融损伤计算模式精度更高,拟合而成的一元二次函数衰减模式比指数函数衰减模式具有更高的精度,相关系数均达到0.99以上,更适合用来预测纤维混凝土的冻融耐久性。     

混凝土建筑物冻融破坏与防治研究

分析了寒冷地区混凝土冻融破坏的原因及为防止冻融破坏采取的措施,仅供参考。