高拱坝砼自生体积变形模型分析及其对抗裂性能影响评价

水工高坝混凝土的自生体积变形对其各项性能影响显著,尤其是对抗裂性能。依托锦屏一级拱坝混凝土的全级配、湿筛试件所测试的自生体积变形试验结果,结合欧洲、日本混凝土自生体积分析模型,建立锦屏拱坝混凝土自生体积变形模型,并分析其对坝体抗裂性能的影响。结论表明：锦屏一级拱坝混凝土自生体积变形量仍较大,最大值达-29.8×10-6,且全级配试件120d龄期测试的自生体积变形值略低于湿筛试件所测试的结果,150d龄期后全级配试验所测得自生体积变形量则要高于湿筛试验的测试值。建议施工中掺加膨胀型外加剂,以抑制自生体积收缩变形。     

现场浇筑白鹤滩大坝混凝土强度性能试验研究

依托白鹤滩大坝工程,分春、夏、秋、冬4次现场浇筑成型低热水泥混凝土试件,开展不同季节、不同龄期全级配和湿筛混凝土强度性能试验研究。基于本研究和相关文献试验结果,对白鹤滩大坝低热水泥全级配和湿筛混凝土强度性能的时变特性,换算比,不同工程中热、低热水泥全级配和湿筛混凝土强度性能的换算比展开分析。结果表明:不同季节白鹤滩大坝全级配与湿筛混凝土均达到设计强度;白鹤滩全级配和湿筛混凝土的强度比服从正态分布;不同工程中热、低热水泥全级配和湿筛混凝土强度比的统计规律与低热水泥混凝土基本一致,可认为换算比与水泥种类无关。对于同类工程,建议选用强度比的平均值或95%保证率的比作为换算关系。     

全级配混凝土强度特性的统计研究

统计了国内约8个工程、共209组全级配与湿筛混凝土强度试验数据,比较了不同形状试件对全级配与湿筛混凝土抗压强度比值的影响,分析了压、劈、拉不同荷载状态下全级配混凝土与湿筛小试件的强度比值的差异和分布规律,得到了不同荷载状态下全级配混凝土受尺寸效应影响程度的强弱,并给出了工程应用中强度比值的平均值和建议取值范围.试验数据表明,全级配与湿筛混凝土立方体试件抗压强度比值比圆柱体试件大23.2%,且在不同荷载状态下试件强度受尺寸效应影响由弱到强依次为抗压强度、劈拉强度、轴拉强度,立方体抗压强度比值约为0.733~0.904,平均值为0.833,圆柱体抗压强度比值约为0.528~0.800,平均值为0.676;劈拉强度比值约为0.610~0.874,平均值为0.729;全级配混凝土抗拉强度比值约为0.495~0.761,平均值为0.630.统计所得的强度比值和取值范围均可作为工程设计的参考.     

湿筛二级配大坝混凝土动态双轴拉压强度与破坏准则

目的研究湿筛混凝土在双轴动态等比例拉压荷载作用下的动态力学特性,建立湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则.方法利用大型液压伺服静、动态三轴试验设备,对长宽高为150 mm×150 mm×300 mm湿筛二级配大坝混凝土棱柱体试件进行等比例双轴动态拉压加载试验,应变速率取10^-510^-2s^-1.结果湿筛混凝土的动态强度提高效应无法抵消双轴拉压作用的强度降低效应,双轴动态拉压强度普遍低于单轴静态强度;湿筛混凝土双轴拉压强度的动态增长幅度与水工大骨料混凝土相当,均远高于相同条件下的普通混凝土.结论通过对试验数据的拟合,得到湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则,为大体积混凝土结构进行非线性分析、探索动态强度机理提供数据支持和依据.     

均匀化在数值混凝土单轴拉伸试验中的应用

目的研究湿筛混凝土、全级配混凝土的抗拉强度,进一步掌握混凝土的细观结构与宏观力学性能间的关系.方法将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及二者间的粘结带所构成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法生成混凝土随机骨料模型.采用双折线损伤演化模型描述混凝土细观各相单元的损伤退化.利用非线性有限元方法对一级配混凝土试件的轴拉实验进行了数值分析;在二级配混凝土试件的轴拉实验中验证了均匀化的正确性;在全级配混凝土轴拉实验中应用了均匀化方法.结果得到一级配混凝土的抗拉强度为2.5 MPa,二级配混凝土的抗拉强度为1.96 MPa,四级配混凝土的抗拉强度为1.72 MPa.结论采用均匀化方法预测全级配混凝土的宏观力学性能是可行的.数值模拟所得的结果与实验结果表现出较好的一致性.     

新浇大坝基础混凝土爆破安全震动速度研究

在考虑动荷载效应、微裂隙影响、骨料粒径效应等因素对混凝土极限拉应变影响的条件下,提出了全级配混凝土容许拉应变计算公式.在此基础上,结合早期混凝土力学性能及拉应变增长规律,推算了新浇大坝基础混凝土7d内的爆破安全峰值震动速度.与水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范比较,发现现行规范规定的龄期超过1d的新浇筑混凝土的容许质点峰值震动速度偏于安全,而龄期小于1d的容许质点峰值震动速度则较理论推算值大,可能会引起工程质量事故.     

全级配混凝土细观力学网格划分的单元切割法与等效弹模的计算

混凝土细观力学是研究混凝土材料性质的重要方法之一.首先,采用被占区域剔除法生成骨料,该方法能较快地完成高含量骨料的混凝土细观力学模型生成.然后,针对目前混凝土细观力学网格剖分的难题,提出了单元切割法,解决了全级配高含量骨料有限元网格剖分的难题,并且所产生的网格单元形状比较规则均匀.最后编写了三维细观混凝土试件等效弹模的数值计算程序.算例给出了湿筛二级配、三级配以及全级配混凝土的细观力学模型,并将单元切割法产生的网格应用于混凝土细观力学等效弹模的计算,数值计算结果与其他数学方法的结果接近,表明该方法具有较好的实用性.     

混凝土特征拉应变随龄期发展规律研究

为了更好地预测混凝土抗开裂性能,研究了混凝土特征拉应变随时间的变化规律。通过弯拉试验方法,研究水泥强度等级与掺加纤维对混凝土1～180 d各龄期的初裂拉应变和极限拉应变的影响,分析初裂拉应变与弯拉强度和静力受压弹性模量比值的关系,建立了极限拉应变随龄期发展的关系式,提出最终极限拉应变与特征龄期的概念。试验结果表明,混凝土的初裂拉应变与混凝土弯拉强度和静力受压弹性模量的比值具有良好的线性关系,混凝土极限拉应变随时间成负指数增长,提高水泥强度等级与掺加纤维均可以提高混凝土最终极限拉应变,但提高幅度并不显著,相对而言,以特征龄期来评价混凝土抗裂性能更加重要。     

骨料类型对早龄期混凝土常温下力学性能影响研究

对钙质、硅质骨料混凝土立方体和棱柱体常温下的力学性能进行试验研究。试验结果表明,早龄期混凝土力学性能主要取决于试件养护龄期,骨料类型对其影响较小。相对而言,骨料类型对早龄期混凝土抗压强度和弹性模量影响较小,对早龄期混凝土劈裂抗拉强度影响较大。     

冲击荷载作用下混凝土抗压强度的细观力学数值模拟

为研究混凝土在冲击荷载作用下的细观破坏机制,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆及二者间的黏结带所构成的三相复合材料,根据瓦拉文公式确定代表骨料的颗粒数,采用蒙特卡罗方法生成随机骨料模型.采用双折线损伤模型描述混凝土细观单元的损伤退化.利用非线性有限元方法对湿筛混凝土立方体小试件和全级配混凝土立方体大试件在冲击荷载作用下的细观破坏机制进行数值模拟,给出了试件的应力-应变曲线和动态抗压强度.研究结果表明,数值模拟所得的结果与实验结果表现出较好的一致性.     

混凝土界面特性与力学性能的细观数值分析

将混凝土等效为由骨料、水泥砂浆及二者间的界面所构成的三相复合材料,利用蒙特卡罗方法建立混凝土随机骨料模型。采用线性应力-裂缝宽度关系来表征混凝土材料的各相软化力学行为,利用扩展有限元法对单轴拉伸条件下混凝土材料的界面特性与力学性能进行数值分析。分析结果表明,随着界面强度提高,混凝土强度、断裂能和延性增大,破坏模式由单一贯通裂纹向多条非贯通裂纹过渡;混凝土弹性模量随界面弹性模量的增加而增大;界面厚度减小时,混凝土材料的强度、弹性模量、断裂能增加,界面厚度对混凝土力学性能弱化作用变小。     

界面特性及骨料分布对混凝土破坏模式影响

过渡区界面(ITZ)是混凝土细观组分中的相对薄弱环节,对混凝土的宏观力学性能具有重大影响。基于混凝土随机骨料模型,采用扩展有限元法(XFEM),对单轴拉伸及弯拉条件下混凝土材料的细观破坏过程及机理进行数值模拟,研究界面特性及骨料空间分布形式对混凝土宏观力学性能及破坏模式的影响。数值结果表明:(1)不同界面强度使得混凝土具有不同的细观破坏模式,界面强度越高混凝土宏观强度越高;(2)骨料分布形式影响混凝土细观破坏模式,但对混凝土宏观弹性模量及强度的影响可忽略。     

橡胶粉改性再生骨料混凝土抗冻性研究

以相对动弹性模量和质量变化率作为评价指标,研究了水灰比为0.45的基准混凝土及再生骨料掺量(质量分数)为25%、50%和75%的混凝土在水中和3.5%氯化钠溶液中的抗冻性,并掺入细骨料体积5%和10%的橡胶粉对其改性。结果表明:混凝土的抗冻性随再生骨料掺量的增加而下降;再生骨料掺量为25%和50%时,其对抗冻性的影响较小,掺加橡胶粉可有效改善混凝土的抗冻性;再生骨料掺量为75%时,其对抗冻性影响显著,掺加橡胶粉具有一定的改善作用,但与基准组混凝土相比,最大冻融循环次数仍下降30%以上;水冻的破坏特征为相对动弹性模量下降过大,掺入5%橡胶粉的抗冻性能最好;盐冻的主要破坏特征为质量变化率超过规定要求,掺入10%橡胶粉的抗冻性能最佳;橡胶粉对抗盐冻性能的改善明显优于抗水冻性能。     

足尺重组竹受弯构件的试验与理论分析

通过5个足尺重组竹受弯构件的试验与理论分析,详细研究了重组竹的抗弯性能。研究表明,重组竹受弯构件的典型破坏形态是底部竹纤维拉断和中性轴附近层间剪切破坏,重组竹受弯构件的设计由截面刚度控制,对应挠度限值L/250的荷载值PL/250与极限荷载Pmax的比值有较好的稳定性,通过回归建立了重组竹抗弯强度fm与弹性模量E的相关关系模型,弹性模量表达的刚度能够准确预测承载力;对于重组竹受弯构件,平截面假定依然成立;参考木结构设计计算方法,考虑竹材重组竹的材料特性,给出了重组竹受弯构件的计算方法,初步建议了重组竹抗弯强度设计值、顺纹抗剪强度设计值、弹性模量E的设计指标。     

T形型钢混凝土短肢剪力墙斜截面承载力影响因素研究

为了确保T形型钢混凝土短肢剪力墙发生延性剪切破坏,在对其破坏机理进行试验研究的基础上,采用ANSYS有限元分析软件模拟其破坏形态。在分析过程中考虑水平钢筋的配筋率、混凝土强度、轴压比以及型钢配钢率等影响因素的作用。结果表明:水平钢筋体积配筋率、混凝土强度以及型钢配钢率可以明显改变构件的承载力和延性。     

橡胶集料塑性混凝土的抗压强度特性

采用橡胶集料等质量取代砂的方法,通过均匀试验设计,研究了多种因素影响下的橡胶集料塑性混凝土的抗压强度特性。对试验结果进行二次响应曲面回归分析,得出橡胶集料塑性混凝土抗压强度及弹性模量的回归方程;通过对几种橡胶集料塑性混凝土抗压强度尺寸效应试验结果的分析,探讨了橡胶集料塑性混凝土在自然养护条件下抗压强度的尺寸效应规律。结果表明:橡胶集料掺量、水泥掺量、减水剂掺量及水胶比与橡胶集料塑性混凝土强度及弹性模量之间存在明显的回归关系,且橡胶集料掺量与强度及弹性模量之间是负相关关系;得到了自然养护条件下橡胶集料塑性混凝土立方体边长与强度换算系数及标准棱柱体与标准立方体抗压强度的换算系数。     

双向单排配筋T形剪力墙抗震性能试验研究

为了研究多层建筑结构中的双向单排配筋T形剪力墙的力学特性与抗震能力,设计了2个1/2缩尺的双向单排配筋混凝土T形剪力墙模型,分别沿腹板方向和翼缘方向,对其进行了低周反复荷载试验研究,分析了其承载能力、延性性能、刚度退化过程、滞回包络特性、耗能特点和破坏全过程特征。研究表明:在双向单排配筋T形剪力墙的配筋率相等情况下,该剪力墙沿腹板方向的抗震性能优于沿翼缘方向的抗震性能,这种剪力墙节点可以满足多层剪力墙住宅结构抗震要求。     

高强混凝土框架结构延性性能数值模拟分析

高强混凝土具有强度高、早强及变形小的优点广泛应用于土木工程结构。然而,在地震地区建筑结构需有较大的变形能力来耗能,其延性差的特点妨碍它更广泛的应用。通过合理地配置钢筋能够有效地提高结构的延性。本文应用DRAIN-2DX程序对一十二层双跨高强混凝土框架结构进行数值模拟分析,分析结果表明它能够很好的模拟此类结构的破坏过程和耗能能力。试验结果表明,此类结构具有较好的延性和耗能能力,抗震性能较好,所提出的方法能够用于地震区高强混凝土框架结构体系之中。     

填土含水率对挡土墙土压力影响的实验分析

填土的含水率对土体抗剪强度指标有重要影响,进而影响到土压力的计算,从而影响到挡土墙的稳定性能。本文在前人研究含水率对非饱和性填土抗剪强度参数影响的研究基础上,利用ZJ型直剪仪对土样进行剪切试验,结合强度理论相关知识得出了抗剪强度参数C和φ,继而对实验结果进行数值模拟确定了含水率影响C和φ的影响系数,得出拟合优度良好的含水率粘聚力、含水率内摩擦角的关系式。在对土样利用万能试验机进行加压试验时,保持土样颗粒级配及填土的密实度基本一致,仅改变填土的含水率,研究了不同含水率的填土对挡土墙性能的影响。实验中发现,随着实验加压力的增大,填土的可压缩性与填土含水率呈现非线性关系。可压缩性首先随着含水率增大而增大,当含水率达到某一值可压缩性又有所下降。实验最后根据朗肯理论计算填土各种含水率状态下挡土墙所受到的土压力,对结果进行数值模拟得出含水率主动土压力、含水率被动土压力之间的关系式。     

超低温冻融循环作用下的混凝土强度

混凝土结构已应用于低温、超低温环境领域,而当前对超低温下混凝土性能的研究很少,超低温冻融循环作用下混凝土强度的研究在国内几乎是空白。参照《普通混凝土长期性和耐久性试验方法》,考虑循环次数、循环时的最低温度、水胶比及外界环境湿度等参数的影响,进行了立方体混凝土抗压、抗拉强度试验及砂浆残样的SEM扫描电镜试验,探究超低温冻融循环作用对混凝土强度的影响及损伤的微观机理。强度试验结果表明,较常规冻融循环,超低温冻融循环对混凝土有更不利的影响,且随温度的降低,水胶比的提高,损伤有加大的趋势;相应地,SEM电镜试验下混凝土砂浆孔径增大,材料变得更疏松,从机理上解释了强度试验结果的合理性。