Experimental study on mechanical behavior of high performance concrete under multi-axial compressive stress

Experimental investigation was conducted to characterize the responses of high performance concrete(HPC) subjected to multiaxial compressive stresses. The HPC specimens were prepared with three different mix proportions, which corresponds to three different uniaxial compressive strengths. The cubic specimens with size of 100 mm for each edge were tested with servo-hydraulic actuators at different stress ratios. The principal stresses and strains of the specimens were recorded, and the failure of the cubic specimens under various stress states was examined. The experimental results indicated that the stress states and stress ratios had significant influence on the strength and deformation of HPC under biaxial and triaxial compression, especially under triaxial compression. Failure criteria were proposed for the HPC specimens under biaxial and triaxial compressive loading. The test results provided a valuable reference for obtaining multi-axial constitutive law for HPC.     

Experimental and theoretical research on residual strength of plain concrete under compressive fatigue loading

To investigate the residual strength of concrete under fatigue loading, experiments were conducted to determine the functional relation between residual strength and the number of cycles. 80 100mm × 100mm × 100mm specimens of plain concrete were tested under uniaxial compressive fatigue loading. Based on probabili- ty distribution of the residual strength of concrete under fatigue loading, the empirical expressions of the residual strength corresponding to the number of cycles were obtained. There is a good correlation between residual strength and residual secant elastic modulus. Thus the relationship between residual secant elastic modulus and the number of cycles is established. A damage variable based on the longitudinal maximum strain is defined, and a good linearity relationship between residual strength and damage is found out.     

Fatigue behavior and cumulative damage rule of concrete under cyclic compression with constant confined stress

Fatigue is one of the main destructing forms ofsuch civil engineering structures as concrete bridges,concrete pavements, concrete crane beams, concretesleepers, concrete offshore platforms, etc. These struc-tures may be subjected to uniaxial and biaxial compres-sion fatigue loading caused by vehicles, crane vibra-tions, wind, and/or waves. Many studies have beencarried out to characterize the fatigue behavior of con-crete under uniaxial stress states[1 ~3]. Literature on thebehavior of concret…     

三轴受压状态混凝土当量损伤本构模型

本文根据Ｈ－Ｔ－Ｃｈｅｎ的多轴受压状态下的破坏准则,引用了混凝土损伤力学的概念,提出了在多轴受压状态下的当量损伤模型。可以模拟混凝土在多轴受压状态下的应力应变关系,得到等效单轴受压的应力应变全过程曲线,并且可求得在不同侧压力情况下混凝土的极限抗压强度。本模型不仅可模拟混凝土多轴受力的应力应变过程,并为拱坝非线性全过程分析了依据。     

再生粗骨料最大粒径对再生混凝土强度影响试验研究

为了研究再生粗骨料最大粒径对再生混凝土弯拉强度、抗压强度及折压比的影响程度，采用相同配合比下最大粒径为10、15、25和31 mm的再生粗骨料制备了4组再生混凝土棱柱体试件（100 mm×100 mm×400 mm）和4组立方体试件（100 mm×100 mm×100 mm），并通过试验获得了各组再生混凝土试块的弯拉强度和抗压强度。试验结果表明：相同水胶比下，再生混凝土弯拉强度及折压比均随再生粗骨料最大粒径的增大而减小，而抗压强度随再生粗骨料最大粒径的增大呈现出先增大而后减小的趋势。     

高强混凝土柱小偏心受压性能尺寸效应试验研究

为了解高强混凝土柱小偏心受压性能的尺寸效应,进行了3组不同几何尺寸的高强混凝土柱小偏心受压破坏试验,其截面几何尺寸分别为200mm×200mm、400mm×400mm、800mm×800mm,对比分析了其破坏形态、承载力、变形能力及截面应变分布规律,揭示了其尺寸效应规律。研究结果表明,高强混凝土柱的小偏心受压破坏形态和横截面应变分布规律基本相同,其尺寸效应不明显;高强混凝土柱的小偏心受压承载力和变形能力存在明显尺寸效应,随着截面尺寸的增大,其极限承载力的安全储备量减小,变形能力减弱。     

混凝土的一种梨形边界面本构模型

为研究混凝土材料在多轴循环荷载作用下的非线性特性,基于经典塑性力学理论和边界面模型理论,提出一个改进的边界面模型.模型中,屈服面为封闭、光滑曲面,在子午面内为梨形;边界面与屈服面的形状相似;选择应力的第一不变量和应变偏量作为屈服面函数中的自变量;相应的加卸载判据中的微分变量也是上述两种变量;根据屈服面和边界面形状的相似性,通过比例关系定义映射法则;对于处在屈服面上的任意一个当前应力点,根据此法则,都能够找到与之对应的处在边界面上的映射点,两个点对应的曲面法线方向相同;采用非相关流动法则描述塑性变形.对沿着偏平面上的压缩方向,对混凝土试块分别进行单调加载和循环加载时的试验结果,用本构模型进行模拟,模型计算结果与试验结果吻合.模型能够统一地描述应力-应变曲线的上升-下降段,能够描述剪胀现象.     

不同减摩条件下变长度活性粉末混凝土的三轴试验研究

使用常规三轴实验,对同一直径（43.6 mm）、4种长径比（0.5、1、2和3）的素活性粉末混凝土（RPC）圆柱试样,在保持围压恒定的条件下单调地施加轴向压缩应变. 试样两端采用3种减摩条件：直接与金属压头接触（条件A）,分别垫有2层0.1 mm厚聚四氟乙烯薄膜（条件B）,分别垫有层间涂润滑脂的3层0.1 mm厚聚四氟乙烯薄膜（条件C）. 每一档围压对应一种加载路径：长径比为0.5、1.0和3.0的试样,采用两档围压（5、70 MPa）;长径比为2.0的试样,采用5档围压（0、5、20、35、70 MPa）. 试验结果表明：在同围压、同长径比的条件下,条件B试样与条件C试样的强度及破坏模式相近;当围压为5 MPa,长径比小于2.0时,不同长径比的条件A试样与条件C试样在抗压强度上均有明显差异,但这2种减摩条件所表现的强度与长径比之间关系正好相反;当围压为70 MPa时,条件A试样的抗压强度有尺寸效应,条件C试样无显著的尺寸效应. 围压的增加显著地约束了裂纹的扩展.     

高温后RPC立方体抗压强度退化规律研究

为摸清活性粉末混凝土(RPC)的高温爆裂情况及高温后立方体抗压强度的退化规律,对300个70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的RPC立方体试件和120个40 mm×40 mm×160 mm的RPC棱柱体试件进行高温试验与高温后抗压试验,考察纤维种类、纤维掺量、温度、尺寸效应等因素对RPC立方体抗压强度及受压破坏特征的影响。结果表明：单掺钢纤维体积率为2%或单掺聚丙烯纤维体积率为0.3%时可以有效防止RPC发生爆裂;钢纤维可以有效提高RPC高温后立方体抗压强度并改善其受压破坏特征,聚丙烯纤维对抗压强度有不利影响． 高温后RPC立方体抗压强度随经历温度的升高呈先增大后减小的变化规律,通过回归分析,建立了RPC立方体抗压强度随温度变化的计算公式．     

Dynamic mechanical property of hybrid fiber reinforced concrete(HFRC)

The uniaxial compressive response of steel-polypropylene hybrid fiber reinforced concrete(HFRC) and steel fiber-reinforced concrete(SFRC) was analyzed under high strain rate loading with a 74 mm diameter split Hopkinson pressure bar(SHPB).The experimental investigation focused on recorded data and resulted in distinguishing the strain rate that mobilized different ductility of steel-polypropylene hybrid fiber reinforced concrete(HFRC) and steel fiber-reinforced concrete(SFRC).64 specimens of HFRC and SFRC with higher static compressive strength were tested at the strain rates changing from 20 to 120 s-1.The static compressive strength and dynamic stress-strain curves of the two materials were obtained at 4 different strain rates and the failure stress,and peak strain and peak toughness were also analyzed.The results show that HFRC has quite good dynamic mechanical property and clear strain-rate effect,and the failure mechanism of HFRC and SFRC was also compared based on the specimens’ failure modes in static and dynamic compressive tests.     

煤矿砂岩双向加载下力学特性及破坏特征实验研究

随着开采深度的不断加深,开采活动在地下开挖体周边引起的压缩应力可能足以引起岩爆甚至作业人员伤害等灾害.地下开挖体周边岩石处于平面应力或平面压缩状态.为了研究地质材料的双轴强度.对从煤矿井下采出的100 mm立方体灰砂岩试件的双轴力学性能和强度进行了实验研究.双轴压缩的加载速度为1 MPa/s.对砂岩立方体试件和标准试件的单轴强度进行了测试并与双轴试验结果进行比较.实验采用了2种加载路径:一种是保持双向受力相等直至破坏;另一种是保持双向受力相等直至单轴抗压强度的1/2,然后保持约束荷载恒定,增加另一荷载直至破坏.给出了试验结果和所观察到的现象,探讨了砂岩双轴加载的破坏机理.试验结果表明,随着约束荷载的增加,岩石双轴强度显著增加,试件的破坏通常由加载初期开始,并持续地沿自由面片落,最终产生加载平面外的剪切破坏,同时伴随轻微的断裂声响.     

三轴受压状态下再生混凝土强度与变形性能试验研究

为了研究三轴受力状态下再生混凝土强度随再生粗骨料取代率的变化规律,通过RMT-150C对三种强度等级(C20、C30、C40)五种再生粗骨料取代率(0、30%、50%、70%、100%)的混凝土φ50 mm×100 mm圆柱体进行三轴抗压强度压缩试验,分析了不同再生粗骨料取代率对再生混凝土三轴强度、峰值应变以及应力-应变全曲线的影响.试验结果表明:再生混凝土试件与普通混凝土试件的破坏形态相似,但再生粗骨料与普通粗骨料最后的破坏形态差异较大;C20混凝土随再生粗骨料取代率的增大,其峰值应力先增大后减小,且取代率为50%时再生混凝土峰值应力最大,约高于普通混凝土的10%;C30混凝土的平均峰值应力随再生粗骨料取代率的增加,其变化规律不明显,但再生混凝土的平均峰值应力均低于普通混凝土的;C40混凝土平均峰值应力随再生粗骨料取代率的增加而降低,当取代率为100%时,再生混凝土平均峰值应力约低于普通混凝土的15%.在三轴应力状态下,再生混凝土受压应力-应变全曲线的形状与普通混凝土的相似.     

多轴应力状态下混凝土的动态强度准则

为了解复杂应力状态下混凝土动态强度变化规律,提出了一个考虑应变率效应的八面体应力空间的多轴静动破坏准则．该准则的空间破坏包络曲面采用二次函数形式,在偏平面上的破坏包络线采用Willam-Warnke 模型在偏平面上的椭圆曲线,使用特征应力点法对拉压子午线方程进行修正以考虑偏平面上罗德角对动态强度的影响．通过对大量混凝土多轴静动强度试验成果的分析,表明此强度准则与已有的试验结果吻合较好,能很好地反映平面应力或三轴应力状态下普通混凝土的静动强度变化规律,并且形式简单,便于实际应用．     

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%.     

施工现场混凝土强度检测方法的试验研究

为研究施工现场中小直径芯样检测混凝土抗压强度方法的修正系数,采用新浇素混凝土板和旧钢筋混凝土梁进行检测实验。分别钻取Ф100 mm、Ф75 mm、Ф50 mm的芯样,通过超声回弹法、钻芯法实验,测出不同直径芯样混凝土抗压强度与标准立方体抗压强度之间关系,从而推导出小直径芯样检测混凝土抗压强度修正算式。该研究结果可为施工现场检测混凝土抗压强度提供参考。     

圆形截面高强混凝土柱抗震性能试验研究

目的研究圆截面高强混凝土柱的抗震性能和破坏机理，以提高建筑结构的抗震性能．方法通过6根配有强度等级为1420MPa的预应力钢棒作箍筋及纵筋、混凝土强度等级分别为C90和C60的高强混凝土圆截面柱，在低周反复荷载下的模型试验，研究了轴压比、箍筋（包括含箍特征值、箍筋间距、箍筋种类）、纵筋和混凝土强度等级等参数对抗震性能的影响．结果试验明确了C90和C60高强混凝土圆截面柱的破坏机理．通过对配置的PC钢棒作箍筋和部分作纵向受力筋的高强混凝土柱的位移延性比与轴压比和含箍特征值关系的经验计算公式的计算，并与实测值相比较，二者吻合良好．结论试验证明，配置PC钢棒作箍筋和部分作纵筋可明显改善高强混凝土圆截面柱的延性性能和抗震能力．     

铁尾矿粉对碱矿渣泡沫混凝土力学性能的影响

为了研究铁尾矿粉对碱矿渣泡沫混凝土力学性能的影响,用掺入了铁尾矿粉的碱矿渣泡沫混凝土制成100 mm×100 mm×100 mm的立方体试块,分别将混凝土试块养护3、7、28 d后,测试其抗压强度。结果表明：随着铁尾矿粉碱矿渣泡沫混凝土表观密度的增加,其抗压强度不断增大;当铁尾矿粉的掺量从10%增加到30%时,碱矿渣泡沫混凝土的抗压强度逐渐增大;当铁尾矿粉的掺量从30%增加到50%时,碱矿渣泡沫混凝土的抗压强度逐渐减小,且强度损失较明显,随着铁尾矿粉细度的提高,碱矿渣泡沫混凝土的强度逐渐增大。     

混凝土芯样强度的正交试验研究

通过不同直径芯样强度与同条件试块抗压强度比较和对影响芯样强度的各种因素进行正交分析,得出芯样直径对其强度影响水平是显著的,100 mm芯样混凝土芯样强度与同条件试块抗压强度相当,而70 mm芯样混凝土芯样强度高于同条件试块抗压强度10%左右.采用小直径芯样强度作为检验和评估混凝土的质量是可行的、可靠的.     

高强钢筋约束混凝土矩形柱的抗震性能试验研究

目的 研究通过配置高强度等级横向钢筋，增强高强混凝土矩形柱的承载能力和变形性能．方法 通过6根配有1420级预应力钢棒（简称PC钢棒）作高强钢筋，混凝土强度等级分别为C60和C90的高强混凝土柱在低周反复荷载下的模型试验，研究了轴压比、箍筋（包括含箍特征值、箍筋间距、箍筋种类）、纵筋和混凝土强度等级等参数对其抗震性能的影响．结果 明确了其破坏机理和强度及变形的主要影响参数．在试验的基础上，提出了配置PC钢棒作箍筋和部分作纵筋的高强混凝土柱的位移延性比与轴压比和含箍特征值关系的经验公式，计算得出的试件位移延性比的计算值与实测值吻合较好．结论 在高强混凝土柱中配置高强度箍筋和部分配置高强度纵筋，并保证一定的构造措施，可有效提高柱的延性，增强抗震能力。     

混凝土注芯砌块砌体材料本构关系试验

与普通混凝土材料相比较,混凝土砌块砌体由于构成材料的性质迥异、规则性布置方式以及块体自身具有的方向性差别而表现出明显的各向异性.在宏观层次上,将各组成相材料的影响视为整体的平均表观性能考虑,把具有实际尺寸的宏单元体作为基本研究对象,采用唯象方法,通过设置减摩层,进行单元体在平面应力状态下的单、双轴试验.利用应力比、异化参数和等效单轴应变的概念,建立混凝土注芯砌块砌体材料的平面应力状态的非线性本构关系,并与试验曲线进行比较,能够很好地表征混凝土砌块砌体所具有的非线性各向异性特点.