混凝土材料的SHPB实验技术研究

为提高混凝土材料的SHPB实验结果的精度和可比性,结合混凝土的实验过程,对波导杆的弥散效应、试件内应力应变均匀性和试件的径向惯性效应进行了研究。研究结果表明：一维应力波假定和均匀性假定基本满足,混凝土试件是否有足够时间使应力应变达到均匀,取决于混凝土试件的最大应变值和应变率;实验中采用脉冲整形技术和恒应变率实验技术,并选用三波公式处理实验数据,可以增大混凝土的有效承载时间,减小试件惯性效应对实验结果的影响;当应变率接近或大于104时,需要考虑试件的径向惯性效应。     

混凝土类材料SHPB实验若干问题探讨

混凝土材料的宏观承载力包括材料的真实动态强度与惯性效应两部分,本文为了建立描述混凝土宏观承载力的物理模型,分析了材料真实动态强度与惯性效应的物理机制,建立了一个质量-阻尼元器件模型,进行了混凝土材料的SHPB数值实验.研究结果表明混凝土宏观承载力中的真实动态强度取决于材料特性及应变率的大小;惯性效应与应变率的梯度成正比例关系,而与应变率无关;提出的质量-阻尼元器件模型可以定性地表征混凝土材料的真实动态强度和惯性效应.

     

损伤灰岩动态压缩力学特性的实验研究

在Hopkinson压杆上采用改进的实验技术对灰岩材料进行了高应变率动态压缩实验，有效地解决了横向惯性效应对岩石类脆性材料实验精度的影响，对完整灰岩和损伤灰岩的动态压缩力学特性进行了对比实验研究。结果表明，灰岩表现出应变率硬化效应和损伤软化效应，完整岩石的极限动态破坏压应力高于损伤岩石约30％。     

纤维混凝土动态压缩力学性能的SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了四个不同纤维体积掺量的碳纤维混凝土(CFRC)、玄武岩纤维混凝土(BFRC)在多个应变率条件下的动态压缩力学性能,并对两种纤维混凝土的冲击力学性能进行了对比分析.结果表明,CFRC和BFRC的强度随应变率的增加而近似呈线性增长,强度增强因子随应变率的增加呈对数增长,表现出明显的应变率相关性;纤维体积掺量0.1%的玄武岩纤维混凝土的强度最高,纤维体积掺量0.3%碳纤维混凝土的韧度最好;相同应变率范围内,碳纤维混凝土的韧度优于玄武岩纤维混凝土.     

微胶囊-纤维水泥基复合材料的动态压缩性能

微胶囊自修复水泥基材料具有良好的修复性能，但力学性能会随着微胶囊的加入有所减弱．纤维的加入可以增强材料的裂缝效果，与微胶囊形成有效互补．为研究纤维类型和应变率对微胶囊自修复水泥基材料压缩性能的影响，设计3种配合比类型，即聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维、聚酰胺(polyamide,PA)纤维及PVA-PA混杂纤维的实验试件，基于立方体抗压实验系统及分离式霍普金森压杆装置(split Hopkinson pressure bar,SHPB)，研究不同应变率下的动态压缩行为．研究结果表明，在应变率为1×10^-5s^-1时，加入PVA、PA和PVA-PA后，自修复水泥基材料的压缩强度分别下降了12.96%、8.91%和9.03%；随着应变率的提高，材料的压缩强度不断增大，且材料的动态增长因子与应变率满足线性关系；在低应变率下，纤维能改善材料的能量吸收能力，耗散能及能量耗散因子有所提高．研究可为混凝土材料在动态条件下提高自修复性能提供实验依据．     

大变形时温度和应变率对沥青混凝土动态力学性能的影响

利用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了沥青混凝土在不同温度下高应变率的动态力学性能.结果表明,应变率越高、温度越低时沥青混凝土动力强度越高.高应变率的应力应变曲线存在明显强度退化.沥青混凝土力学性能具有时温等效性,提高实验温度和减小应变率效果相当.     

基于SHPB试验的聚丙烯纤维增强混凝土动态力学性能研究

采用变截面大尺寸Hopkinson压杆,对直径100 mm的两种聚丙烯纤维混凝土和素混凝土试件进行了冲击压缩试验,得到了不同应变率下试件的动态压缩强度及应力应变全过程曲线.从能量耗散的角度讨论了聚丙烯纤维对混凝土的增韧作用,用弹簧一摩擦块复合模型对聚丙烯纤维对混凝土的增韧机理进行了探讨.结果表明,在冲击压缩的高应变率加载条件下,在冲击压缩的初始阶段,聚丙烯纤维的增韧作用并不明显,在卸载阶段,聚丙烯纤维混凝土韧性要明显好于素混凝土.试验为聚丙烯纤维混凝土在防护工程领域与军事领域的应用提供了参考.     

微胶囊-纤维水泥基复合材料动态劈裂拉伸性能研究

采用 Φ120 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Press Bar,SHPB)试验装置进行巴西圆盘劈裂试验,研究在应变率范围0.96～30.30 s-1微胶囊-纤维水泥基复合材料的应变率敏感性和破坏规律.试验结果表明,水泥基复合材料具有明显的应变率效应,其劈裂抗拉强度随着应变率的增加而提高,掺入聚乙烯醇(P V A)-聚乙烯(P E)混杂纤维时水泥基复合材料劈裂抗拉强度最高.在动态荷载作用下,掺入纤维不仅能有效抑制基体微裂纹的萌生和降低扩展速度,而且能改善微胶囊自修复混凝土的抗冲击韧性.     

低掺量S-P混杂纤维增强增韧的作用研究

研究并讨论了钢纤维与聚丙烯纤维混杂对高性能混凝土力学性能的影响。研究结果表明，在较低掺量下(总体积率0．9％)，混杂纤维混凝土的抗压、抗拉强度、断裂性能和抗弯韧性得到了较显著的提高，使混凝土的破坏具有预征兆性，并在混凝土材料初裂后呈现优越的应变硬化行为，体现了两者的混杂效应。     

混凝土材料的动态承载力与惯性效应

混凝土材料的宏观承载力包括材料的真实动态强度与惯性效应两部分,本文为了建立描述混凝土宏观承载力的物理模型,分析了材料真实动态强度与惯性效应的物理机制,建立了一个质量-阻尼元器件模型,进行了混凝土材料的SHPB数值实验.研究结果表明混凝土宏观承载力中的真实动态强度取决于材料特性及应变率的大小;惯性效应与应变率的梯度成正比例关系,而与应变率无关;提出的质量-阻尼元器件模型可以定性地表征混凝土材料的真实动态强度和惯性效应.     

地震动力作用下纤维混凝土隧道衬砌的试验研究

通过与普通混凝土衬砌结构的对比,研究了纤维混凝土衬砌结构在地震动力作用下的反应和破坏形态.基于相似理论,采用5 m×5 m三向地震模拟振动台进行模型试验,通过输入不同大小的地震波,研究纤维混凝土衬砌在地震动力作用下的破坏特征,并探讨破坏机理.试验结果表明:素混凝土衬砌抗拉强度低、脆性大,裂缝基本呈直线型,断口干净整齐,裂缝挤压处有明显掉块痕迹;纤维混凝土具有限制裂缝发展和结构变形的能力;在地震动力作用下,纤维通过黏结应力能够使混凝土吸收更多能量,降低幅值,反应滞后,减轻了地震力对结构的破坏;纤维混凝土衬砌裂缝多呈锯齿形,挤压松散的小碎块通过纤维黏结在裂缝口.     

碳纤维增强聚合物混凝土抗冲击性能试验研究

为了更好地研究纤维混凝土的力学性能,通过在聚合物混凝土中加入碳纤维进行改性来研究不同掺量碳纤维增强聚合物混凝土的抗冲击性能。采用分离式霍普金森压杆试验系统开展冲击压缩试验,从应力—应变曲线、强度和变形特性、冲击韧性等方面探究碳纤维掺量对聚合物混凝土抗冲击性能的影响。结果表明：随着碳纤维掺量的增加,聚合物混凝土的抗冲击性能先增强后减弱;当碳纤维掺量为0.2%时,混凝土的动态抗压强度最大,承受高应变率压缩荷载的变形能力最强,即碳纤维的最佳掺量为0.2%。     

耐碱玻璃纤维及其混杂纤维混凝土的弯曲疲劳特性

研究了玻璃纤维、有机纤维及混杂纤维增强混凝土的弯曲疲劳特性。试验结果表明：耐碱玻璃纤维对疲劳性能的改善效果优于聚丙烯纤维;当玻璃纤维掺量为2.7 kg·m^-3时,玻璃纤维混凝土疲劳强度比素混凝土提高24%;玻璃纤维与有机纤维混杂使用后,构件的弯曲疲劳性能有了较为显著的改善,玻璃纤维掺量2.7 kg·m^-3与有机纤维掺量1.3 kg·m^-3混掺时,混杂纤维混凝土疲劳强度比素混凝土提高35.0%,即混杂纤维能充分发挥各种纤维的优势,对改善混凝土的疲劳性能比单掺玻璃纤维和有机纤维的作用都显著。     

聚丙烯纤维增强混凝土拉压比试验

针对聚丙烯纤维对混凝土强度和拉压比影响的问题,采用标准试验方法,对不同纤维掺量和不同纤维长度的混凝土进行立方体抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验.结果表明,聚丙烯纤维混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的预测模型与试验结果吻合程度较高;聚丙烯纤维混凝土拉压比在纤维掺量为0~0.1%之间递增,在纤维掺量为0.1%~0.25%之间递减;6 mm聚丙烯纤维混凝土拉压比与基准混凝土拉压比相比略有下降,12 mm聚丙烯纤维混凝土拉压比比基准混凝土提高了5.5%,聚丙烯纤维可以显著改善混凝土脆性破坏形态,提高混凝土韧性.     

Complete splitting process of steel fiber reinforced concrete at intermediate strain rate

The complete splitting process of steel fiber reinforced concrete （SFRC） at intermediate strain rate was studied by experiment. The basic information of a self-developed SFRC dynamic test system matching with lnstron 1342 materials testing machine was given, and the experiment principle and the loading mode of cubic split specimen were introduced. During the experiment, 30 cubes of 150 mm×150 mm×150 mm and 36 cubes of 100 mm×100 mm×100 mm, designed and prepared according to C20 class SFRC with different volume fractions of steel fiber （0, 1%, 2%, 3%, 4%） were tested and analyzed. At the same time, the size effect of SFRC at intermediate strain rate was investigated. The experimental study indicates that SFRC size effect is not influenced by the loading speed or strain rate. When the steel fiber content increases from 0 to 4%, the splitting strength of SFRC increases from 100% to 261%, i.e. increasing by 161% compared with that of the common concrete. The loading rate increases from 1.33 kN/s to 80.00 kN/s, and the splitting tensile strength increases by 43.55%.     

混杂纤维轻骨料混凝土的力学和抗冻性能研究

为了研究钢纤维和聚丙烯纤维对轻骨料混凝土性能的影响,共设计了16组轻骨料混凝土试件,其中有9组混杂纤维轻骨料混凝土,3组钢纤维轻骨料混凝土,3组聚丙烯纤维轻骨料混凝土和1组普通轻骨料混凝土试件。试验结果表明:当钢纤维体积率为1.0%,聚丙烯纤维体积率为0.05%时,混凝土的抗压强度最大为39.16 MPa,提高了17.92%;当钢纤维体积率为1.5%时,抗拉强度最大为4.77 MPa,提高了63.36%。50次冻融循环试验后混凝土的强度损失率最低的是Ssp3组,即钢纤维体积率为1.0%,聚丙烯纤维体积率为0.15%时,强度损失率最低为1.79%,降低了68.92%。     

纤维沥青混凝土在赤通高速的应用研究

研究普通及纤维沥青混合料各项路用性能及力学性能.结果表明,添加纤维能显著改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性能,并且能有效增加混合料的整体性与柔韧性,适于作为路面铺装材料.同时针对赤通高速公路路面铺筑,研究了纤维沥青混合料的施工控制.     

聚合物纤维改性高性能沥青混凝土的研究

在试验研究及系统分析高性能沥青混凝土路用性能的基础上 ,选用玄武岩与国创 PG76 - 2 2改性沥青作为原材料 ,设计并制备 Super12 .5型高性能沥青混凝土 ,并通过在混合料中添加聚合物纤维来改善沥青混凝土的路用性能。试验结果表明 ,在使用纤维作为改性剂后 ,混合料的动稳定度、劈裂强度等指标均有不同程度的提高     

纤维高强粉煤灰混凝土劈拉强度试验研究

针对掺加纤维可改善高强混凝土的受拉性能特点,进行纤维粉煤灰高强混凝土的立方体劈拉试验研究。试验参数主要有纤维类型、纤维形状、纤维含量。试验结果表明：随纤维掺量的增大,纤维高强混凝土劈拉强度总体上呈增大趋势;扁头型和弓型钢纤维对混凝土劈拉强度的增强作用最明显,而合成纤维对混凝土劈拉强度的增加作用很小;掺入钢纤维对高强混凝土劈拉强度与抗压强度的比值明显提高。     

动荷载作用下纤维沥青路面的黏弹性响应

目的为了分析动荷载作用下纤维的加入对路面黏弹性响应的影响.方法以Burgers模型模拟纤维沥青混凝土的黏弹性性质,基于黏弹性理论,应用有限元方法分析单周期动荷载作用下,不同荷载作用时间对不同纤维沥青路面的路表各点最大竖向位移和卸载后加载中心点竖向位移的影响规律.结果纤维加入到沥青路面后,减小了路面的竖向位移;对于不同纤维沥青路面结构,在荷载作用时间较短时,路面结构的流变性质不显著;荷载作用时间较长时,卸载后还有部分残余变形不能恢复,但路面响应规律基本相同.结论纤维的加入提高了路面的整体变形能力,但没有明显改变沥青混凝土的黏弹性性质;在单周期动荷载作用下,若荷载作用时间很短时,可以忽略纤维沥青混凝土的黏弹性特征.