层合板极限强度判据及其最大承载能力的工程设计

在研究层合板在复杂荷载下的极限强度时,提出了基于层合板基本强度和最佳应力比实验强度所确定的层合板张量型强度准则和层合板联合强度理论。通过建立新的层合板铺层刚度退化理论并用实验测定“均衡型刚度退化系数”,实现了LPE包络线预测,进而提出层合板退化张量型强度准则。该准则是一种由单向板基本刚度、强度性能,辅以均衡型刚度退化系数来预测各种铺层序列的层合板在复杂荷载下最大承载能力的强度判据和方法。上述强度准则与[±θ]S层合板的单向拉伸、[±45]S、[0/90]S层合板平板拉剪以及(0/90]S、[0±45/90]S和(0/45]S层合管状件的双向荷载强度实验结果相当吻合。所提出的层和板极限强度判据和最大承裁力的估算方法对玻纤复合材料层合结构的工程强度设计,具有实际的指导意义和实用价值。     

织物铺层铺式对水泥基复合材料力学性能的影响

通过抗折、抗压强度试验,研究了织物铺层铺设方式对水泥基复合材料力学性能的影响.研究表明:随着织物铺层层数在一定范围内的增多,织物增强水泥基复合材料的纵向抗折强度逐渐增大,而横向抗压强度却逐渐下降;织物铺层角度对织物增强水泥基复合材料纵向抗折强度和横向抗压强度有不同影响,在所试验的范围内,纵向抗折强度以45°织物铺层角度为最好,0°的次之,90°的最差,而横向抗压强度却以0°织物铺层角度为最好,90°的次之,45°的最差;织物铺层位置对织物增强水泥基复合材料纵向抗折强度和横向抗压强度的影响在不同的情况下有较大的差别.     

复合板冲击响应试验研究

通过分析能量图和荷载挠度曲线,对单向玻璃-环氧复合板冲击响应进行试验研究,探讨了复合板的破坏模式和破坏过程。为进行对比分析,选择两种复合板进行试验,一种铺层顺序为[0/90/0/ 90]s,另一种为[0/90/+45/-45]s。基于额外能与冲击能的对比,提出可选择的方法确定破坏阈值。研究发现:铺层顺序为[0/90/+45/-45]s复合板的破坏阈值小于堆积顺序为[0/90/0/90]s复合板的破坏阈值;高冲击能下主要破坏模式为纤维断裂;反之,较小冲击能时易产生剥离和基底开裂。同时对多种冲击能下破坏区的等高点也进行了描述。     

碳纤维布复合加固钢筋混凝土梁施工工艺及抗弯性能试验研究

对在汶川地震的震损建筑中拆下的强度等级约C13的钢筋混凝土梁,加载到相同损伤程度后,进行8种加固方法 22个钢筋混凝土梁单调加载试验,探讨梁的极限承载力、破坏模式、裂缝开展和应变变化等力学性能。结果表明:1)采用剔槽植入钢筋置换混凝土灌胶再粘贴碳纤维布(CFRP)的复合加固方案,加固梁的开裂荷载、极限承载力与直接粘贴CFRP布比有显著提高。2)剔槽植筋复合加固方案中的CFRP布上的应变值比简单粘贴CFRP布后应变值增大更多,新旧混凝土间协同工作性强,可以很好地发挥CFRP布高强作用。3)采用复合工艺加固的梁,如适当提高碳纤维布的用量,可以进一步改善钢筋的受力状态,有效地提高梁的开裂荷载和极限荷载。     

动态拉伸荷载下温度对CFRP/钢板单搭接剪切接头力学性能的影响

采用真空辅助树脂灌注成型工艺（VARI）制作了CFRP,将CFRP和钢板利用环氧树脂胶黏结起来,制备了 CFRP/钢板单搭接剪切接头。利用MTS液压伺服高速机测试了试件在恒定动态加载速率（0.625 m/s）和不同温度 （-25℃,0℃,50℃,100℃）作用下的力学性能。试验结果表明,接头的拉伸剪切性能（黏结强度、界面断裂 能、剪切刚度）与温度具有相关性。在一定的范围（-25 ~ 50℃）内,随着温度的升高,接头的黏结强度和界面 断裂能随之增大,但当温度超过环氧树脂胶的玻璃转化温度时,接头的黏结强度和界面断裂能急剧下降。不同温 度下的破坏模式有所不同:在低温（-25℃和0℃）时,接头的破坏模式表现为钢板与胶层之间的界面破坏;在50 ℃时,接头的破坏模式表现为部分胶体分别残留在CFRP和钢板的混合破坏;当温度达到100℃时,接头发生胶层 与CFRP之间的界面破坏。最后,通过数字图像相关技术（DIC）对不同温度下试件的搭接区域的FRP应变场进行了 分析,结果表明搭接区域端部的应变大于内部的,且试件的破坏也从端部开始发生。     

预应力CFRP加固高强混凝土梁试验

通过四点弯曲试验进行了预应力碳纤维增强复合材料（CFRP）加固钢筋混凝土梁与无筋混凝土梁受力过程、破坏形态、延性以及梁底CFRP应变的对比性研究,并对0,0.15f_cfk,0.30f_cfk（f_cfk为抗拉强度标准值）3种预应力等级下的加固梁受弯性能进行了研究。结果表明:试验梁破坏形态均为接近中部弯剪裂缝引起的界面破坏;当CFRP预应力由0提高至0.15f_cfk,0.30f_cfk时,混凝土加固梁与钢筋混凝土加固梁提升基本一致,无筋混凝土梁极限荷载分别提高了8%和28%,钢筋混凝土梁极限荷载分别提高了10%和25%;随着CFRP预应力等级提高,加固梁底部的剥离破坏逐渐由树脂胶层的破坏转变成胶层与混凝土界面的破坏,预应力CFRP加固钢筋混凝土梁比无筋混凝土梁裂缝数量明显增多,裂缝开展速度缓慢,裂缝均分布于加固梁两侧,无筋混凝土加固梁裂缝主要分布于一侧,且钢筋混凝土加固梁延性有明显提高;与CFRP预应力由0提升至0.15f_cfk相比,CFRP预应力等级由0.15f_cfk提升至0.30f_cfk时梁底CFRP跨中应变提升幅度较大,CFRP利用率有了明显提升。     

碳纤维复材布加固拉挤型玻璃纤维复材方管混凝土短柱试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)布加固对拉挤型玻璃纤维复材GFRP管混凝土短柱力学性能的影响,开展以CFRP布加固层数和混凝土强度等级为设计参数的试验,得到了试件的破坏模式、极限承载力、荷载-位移曲线以及荷载-应变曲线。通过对CFRP加固层数、混凝土强度等级对拉挤型GFRP管混凝土短柱的极限承载力、延性以及刚度影响的分析,结果表明:CFRP布加固后拉挤型GFRP管混凝土短柱的承载力明显提升,当CFRP加固层数为3时的试件极限承载力平均提升116.93%,试件破坏模式也随着CFRP布的加固层数由脆性破坏向塑性破坏转变,试件破坏现象随CFRP布加固层数的增加由侧壁开裂破坏逐渐转向端部破坏,延性得到了一定的提高。保持拉挤型GFRP管壁厚t为5 mm,当拉挤型GFRP管的高宽比H/B为2.25,且宽厚比B/t为20时,管内混凝土强度等级为C30的试件整体变形能力最好,其极限承载力明显高于混凝土强度等级为C20和C40的试件的极限承载力。     

交变荷载作用下CFRP布加固RC梁耐久性能试验研究

为了探究CFRP布加固钢筋混凝土梁(RC梁)在交变荷载作用下的耐久性,对8根CFRP布加固RC梁进行了恒载和交变荷载作用下的15 d、30 d老化试验,并通过三点弯曲试验得到了试验梁在不同荷载作用下的破坏模式、极限荷载、极限应变、弯曲性能、裂缝数量以及裂缝宽度。结果表明:经交变荷载作用15 d、30 d后,CFRP布加固RC梁的力学性能下降显著,试验梁的极限荷载、剥离荷载与极限应变均呈下降趋势;与相同龄期下的恒载(24 kN)相比,交变荷载作用15 d、30 d后,试验梁的极限应变平均降低了11.44%、15.23%;交变载荷作用下CFRP布加固RC梁的抗裂性能与弯曲性能减弱程度比恒载作用更显著。     

压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土的力学性能研究

以轴压比、CFRP层数和混凝土立方体抗压强度等为参数,开展了压-扭荷载下CFRP-方形钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)的静力性能试验,得到了试件的扭矩-转角(T-θ)曲线、扭矩-应变(T-ε)曲线和破坏模态。试验结果表明,钢管与CFRP可协同工作;同一点的45°方向应变始终为负,横向应变始终为正,纵向应变根据轴压比的变化为正或为负;小轴压比CFRP-方形钢管混凝土试件在压-扭荷载下发生延性破坏。采用ABAQUS模拟试件扭矩-转角曲线和变形模态并开展受力全过程分析,模拟和分析结果与试验现象和结果吻合良好。参数分析的结果表明,提高混凝土强度、钢材屈服强度、含钢率和横向CFRP层数可提高构件的抗扭承载力;通过对试件扭矩-转角曲线的大量分析,导出了CFRP-方形钢管混凝土的压-扭承载力相关方程。     

碳纤维复材布加固不锈钢圆管短柱轴心受压试验研究

为研究碳纤维复材(CFRP)布加固不锈钢圆管短柱轴心受压性能,对外贴CFRP布加固不锈钢圆管短柱进行轴心受压试验。试验共制作了20根构件,4根未粘贴CFRP布的控制试件,8根环向外贴CFRP布的加固试件和8根正交(环向和纵向)外贴CFRP布加固试件。试件破坏形式主要分为两种:第一种是试件底部产生"象足式"屈曲破坏,第二种是外贴CFRP布加固(环向和纵向)后的试件在中间高度处产生向内局部屈曲变形;同时,在粘贴层数相同的情况下,环向粘贴效果优于正交粘贴效果;在相同的粘贴方式下,粘贴层数越多加固效果越好;纵向碳纤维布的存在反而会降低试件的极限承载能力,但可以略微提高试件的轴向刚度;并且在壁厚一定的情况下,直径越大的不锈钢圆管在CFRP布加固后增强效果越明显。     

New generation of energy dissipating systems based on biaxial buckling

This work proposes a new generation of energy dissipating system based upon an original patented mechanical assembly: the Absorption par Compression–Torsion Plastique (ACTP) presented in Abdul-Latif and Baleh (2005).¹ In fact, the ACTP transforms a uniaxial external loading into biaxial compression–torsion, where several degrees of biaxial loading paths complexity can be created within the loaded tubes. Such a concept which aims to enhance the strength properties of material is now extended to study the biaxial plastic buckling of different materials, and different cross sections under further severe loading conditions.The intention of this comprehensive experimental study is to further investigate a new severe loading configuration under quasi-static strain regime. Thus, five inclination angles (30°, 37°, 45°, 53° and 60°) are tested using circular and square tubes made from copper and aluminum alloy, respectively. An integrity measure of the mean collapse load and the corresponding energy absorbed shows that the higher the inclination angle (i.e., the higher loading complexity), the greater the rates of change of torsional component, and the greater the mean collapse load, and the corresponding energy absorbed in copper and aluminum tubular structures.     

PVC涂层织物膜材的非线性各向异性本构关系模型

基于各向异性弹塑性理论,通过等效应力和等效塑性应变反映材料固有的非线性性质,并结合三参数形式的弹塑性屈服函数,提出了1种适用于聚氯乙烯（PVC）涂层织物膜材的非线性各向异性本构模型.为确定本构模型中的待定参数,同时验证该本构模型的适用性,进行了7个偏轴角度（0°、5°、15°、45°、75°、85°和90°）的单轴拉伸试验,并将模型预测结果与试验结果进行对比.结果表明：该本构模型能够较为准确地反映PVC涂层织物膜材拉伸时的非线性应力应变关系,可用来预测PVC涂层织物膜材在拉剪应力共同作用下的力学行为.     

Experimental and numerical studies on the quasi-static and dynamic crushing responses of multi-layer trapezoidal aluminum corrugated sandwiches

The axial crushing responses of bonded and brazed multi-layer 1050 H14 trapezoidal aluminum corrugated core (fin) sandwich structures, with and without aluminum interlayer sheets in 0°/0° and 0°/90° core orientations, were both experimentally and numerically investigated at quasi-static and dynamic strain rates. Multi-layering the core layers decreased the buckling stress and increased the densification strain. The experimental and simulation compression stress–strain curves showed reasonable agreements with each other. Two main crushing modes were observed experimentally and numerically: the progressive fin folding and the shearing interlayer aluminum sheets. Both, the simulation and experimental buckling and post-buckling stresses increased when the interlayer sheets were constraint laterally. The multi-layer samples without interlayer sheets in 0°/90° core orientation exhibited higher buckling stresses than the samples in 0°/0° core orientation. The increased buckling stress of 0°/0° oriented core samples without interlayer sheets at high strain rate was attributed to the micro-inertial effects which led to increased bending forces at higher impact velocities.     

2种岩石直接拉压作用下的力学性能试验研究

 利用Instron1342液压伺服机对2种典型硬岩和软岩试样进行单轴试验,包括单轴压缩试验和直接拉伸试验,研究这两种岩石在直接拉压作用下的力学性能,对比2种岩石的单轴抗压强度和单轴拉伸强度。试验过程中监测岩石试样的轴向应变和水平应变,并记录岩石试样的声发射特征,得到2种岩石在单轴拉压下的应力–应变曲线和声发射计数率曲线,对比2种岩石在单轴拉压下的声发射变化规律。试验发现,直接拉伸下2种岩石在加载初期较大范围内基本无声发射事件发生,直到破坏前声发射事件数才突然增大。讨论2种岩石在不同加载模式下的弹性模量和泊松比变化关系,发现单轴压缩下,硬岩的弹性模量随载荷变化先增大而后趋于稳定,当载荷超过单轴抗压强度的80%时又变小;而单轴拉伸下,硬岩的弹性模量初始较大,随后随着载荷增大而逐渐减小。单轴压缩下2种岩石的泊松比为0.2～0.3,而单轴拉伸下岩石的泊松比很小,几乎可以忽略。比较2种岩石的破坏角、内摩擦角以及黏聚力,讨论2种岩石在直接拉压作用下的不同破坏模式。利用三维表面形貌扫描仪对直接拉伸试样的破坏断面进行三维扫描,得到破坏面细观结构图和裂纹面表面粗糙度曲线。     

双轴拉压混凝土在冻融循环后的力学性能及破坏准则

北方寒冷地区的大多数混凝土结构物和水坝等处于复杂应力状态,冻融循环对混凝土的力学性能产生不利影响。利用大连理工大学海岸和近海工程国家重点试验室的大型混凝土静、动三轴试验系统,对经过0,25,50,75次冻融循环的混凝土,进行了0,-0.05,-0.15,-0.25共4种比例加载路径的双轴拉压试验,测得了混凝土的抗压强度和抗拉强度,及2个加载方向的应变,并根据试验结果,系统地探讨了冻融循环后,混凝土在不同拉压比下的双轴拉压强度和变形特性,发现随冻融循环次数的增加,混凝土的抗压强度、抗拉强度明显降低,拉压比对冻融循环后混凝土强度和变形性能有明显的影响。在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的冻融循环后混凝土双轴拉压的破坏准则,与试验值符合较好。经分析得出结论,实际工程中,处于双轴拉压应力状态的混凝土结构的抗冻融循环能力低于单轴应力状态的混凝土结构,因此,设计时要引起足够的重视。     

粗晶大理岩单轴压缩力学特性的静态加载速率效应及能量机制试验研究

 加载速率对岩石力学性质具有重要影响,影响的程度与岩石本身的微结构和加、卸载应力路径及状态等密切相关。基于静态加载速率范围内的9个不同等级应变率下粗晶大理岩单轴压缩试验,研究加载应变率对岩石的应力–应变曲线、破坏形态、强度、弹性模量及变形模量与应变能耗散及释放的影响规律,探讨岩石损伤演化的能量机制。根据总体积应变及裂纹体积应变与起裂及扩容应力的相关性,确定各应变率下岩石起裂及临界扩容应力。加载应变率大约以1×10－3 s－1为分界点,小于该值时应力–应变曲线峰值点附近仍存在一定的塑性屈服或流动段,超过该值后表现为“折线”型。随着加载应变率的增加,岩样破裂模式由张剪型逐渐过渡到张性劈裂甚至劈裂弹射。一般而言,起裂及临界扩容应力和峰值应力均随加载速率增大而增大,且起裂及临界扩容应力越接近峰值强度,但当应变率为1×10－4～1×10－3 s－1时,上述值均出现一个相对低值区间,这与粗晶大理岩的微结构特征相关。起裂应力、临界扩容应力、弹性模量及变形模量均与峰值强度线性相关。单轴压缩下峰前能量耗散量越多,强度越高,峰后可释放弹性应变能和释放速率越大,岩石的张性贯通破裂特性愈强,破裂块数越多。能量耗散使岩石损伤而强度丧失,而能量释放使岩石宏观破裂面贯通而整体破坏。     

Evaluating the material strength from fracture angle under uniaxial loading

The most common experimental methods of measuring material strength are the uniaxial compressive and tensile tests. Generally, shearing fracture model occurs in both the tests. Compressive strength is higher than tensile strength for a material. Shearing fracture angle is smaller than 45° under uniaxial compression and greater than 45° under uniaxial tension. In this work, a unified relation of material strength under uniaxial compression and tension is developed by correlating the shearing fracture angle in theory. This constitutive relation is quantitatively illustrated by a function for analyzing the material strength from shear fracture angle. A computational simulation is conducted to validate this theoretical function. It is full of interest to give a scientific illustration for designing the high-strength materials and engineering structures.     

Applying failure criteria to the strength evaluation of 3-ply laminated veneer lumber according to grain direction by uniaxial tension test

The failure criteria from four theories — the Hankinson formula, Maximum stress theory, Tsai–Hill theory and Hyperbolic formula (modified Hankinson formula) — were applied to estimate the strength of laminated veneer lumber (LVL) by uniaxial tension test at various angles to the grain. The LVL strength predicted from these theories were compared with actual data to evaluate the accuracy of the criteria. The tensile strength rapidly decreased at orientations between 0 and 15°. In the Hankinson formula, the difference between the predicted strength with n = 2 and the measured data was very small, with a slight underestimation at grain angles of 15°, 30° and 45°. The Maximum stress theory predicted the LVL strength better at grain angles over 45°, but not under 45°. The predicted strength derived by the Tsai–Hill theory underestimated the strength at grain angles of 15°, 30°, and 45°, with the difference being the largest at a grain angle of 15°. The prediction of LVL strength using this theory may be somewhat misleading in small grain angle deviations. The Hankinson and Hyperbolic formulae showed good strength prediction according to grain variation, especially at small grain angles. These two formulae are more useful/practical in the estimation of engineered wood composites like LVL according to grain direction deviation between veneers in the lay-up process. Among the failure types of the tested LVL specimens, the shear failure parallel to the grain was predominant at each grain angle except for 0°. This resembles the cross grain tension failure type, while splintering tension failure was found at 0° and brash tension-like brittle fracture at 90°.     

混凝土多轴等幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了双轴拉-压、三轴拉-压-压等幅循环荷载作用下混凝土的疲劳性能研究.分析了不同侧压比、不同应力水平下混凝土的多轴等幅疲劳破坏形态、疲劳强度以及残余应变的变化规律,得到了应力水平-疲劳寿命(S-N)曲线及其表达式.结果表明:在等幅疲劳荷载下,混凝土多轴疲劳破坏形态与侧压比无关;残余应变呈三阶段发展规律,受侧压比影响较大,几乎与应力水平无关.定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,为混凝土多轴等幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考.     

Experimental research on whole stress-strain curves of coralaggregate seawater concrete under uniaxial compression

采用等应力循环加卸载法和等应变单调加载法，对棱柱体试件进行单轴受压试验获得全珊瑚海水混凝土的应力-应变全曲线，并对两种加载方法进行对比分析。试验结果表明：全珊瑚海水混凝土裂纹贯穿珊瑚骨料继续发展，单轴受压试件的破坏为脆性破坏，典型破坏状态主要为劈裂破坏，其主斜裂缝的倾角 θ 在65°~70°之间；残余应力与峰值应力的比值在0.292~0.525之间，说明全珊瑚海水混凝土破坏后仍具有较高的残余强度，破坏后强度逐步降低，具有一定的延性；不同强度等级全珊瑚海水混凝土的应力-应变全曲线的上升段趋势基本相似，但是随着强度等级提高，下降段的下降趋势越陡，破坏程度越剧烈；在相同强度等级下，全珊瑚海水混凝土比普通混凝土和轻集料混凝土的脆性更强。 