冲击回波测试混凝土试件弹性波波速研究

通过有限元分析和试验,采用冲击回波方法替代传统超声波测试水工混凝土试件P波波速,以此来确定弹性波波速与混凝土强度之间的相关关系,建立工程弹性波专用评价曲线。结论表明钢球与混凝土敲击接触时间50~400μs范围内冲击回波测试结果不受影响,100~200μs范围内频谱图卓越频率识别效果最佳;150 mm立方体和100×100 mm(或150×150 mm)芯样试件"视P波波速"分别为三维P波波速的86.4%和90.0%。经试验验证,立方体试件与圆柱体试件"视P波波速"的比值为0.905,与理论分析值0.911非常接近。     

冲击弹性波法测试胶凝砂砾石性能的试验研究

本文简要介绍了冲击弹性波法的理论和特点,并采用此项技术针对胶凝砂砾石的力学强度,胶凝砂砾石坝保护层材料的抗冻耐久性能开展了探索性的试验研究。通过测试试件的波速与试件的力学强度和动弹性模量等建立相关联系,试验结果表明,抗压强度与弹性波波速存在良好的指数关系,动弹性模量与弹性波波速也具有较好的相关性。因此将此项技术应用到胶凝砂砾石筑坝工程的质量检测和安全监测方面具有前景,本文的室内试验成果为工程现场应用做出了初步探索。     

冲击回波法定量评估低强和高强混凝土荷载损伤

构建了基于弹性波波速的混凝土荷载损伤度计算公式,研究了不同压缩荷载下低强(C15)和高强(C70)混凝土试件各方向的弹性波波速与损伤度发展变化。结果表明:低强和高强混凝土弹性波波速均随荷载的增加而下降,高强混凝土下降速度远大于低强混凝土;低强和高强混凝土损伤度均随荷载的增加而增大;荷载小于20%时两种混凝土损伤度接近,荷载大于20%时高强混凝土的损伤度明显高于低强混凝土;低强混凝土在30%荷载时损伤度发展存在拐点,而高强混凝土的损伤度发展不存在拐点;随荷载增加,两种混凝土弹性波波速和内部损伤度与测试方向没有相关性,说明混凝土受压损伤分布各向同性。     

高温后不同冷却方式对混凝土力学特性的影响

针对50块尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的混凝土立方体试件进行高温后不同冷却方式下力学性能试验研究,分析常温(20℃)、200、400、600、800℃这5种不同温度下自然、喷水冷却对杨氏模量、抗压强度、峰值应力等力学性能的影响,此外还探讨了高温后不同冷却方式试件的质量损失、破坏形态。研究结果表明:随着温度升高,两种冷却方式试件的质量损失率逐渐增大,喷水冷却试件质量损失比自然冷却试件小,纵波波速、杨氏模量和抗压强度均呈降低趋势,温度超过400℃以后,喷水冷却试件的降低幅度更大;同时随着温度的升高,应力-应变曲线的峰值应力显著降低,所对应的峰值应变明显增加,弹性阶段曲线斜率显著降低。     

混凝土低温初始缺陷的定量判别

混凝土试件成型后分别标养3、7 d,然后从养护室取出置于-20℃环境中至28 d以产生不同程度的低温初始缺陷,采用弹性波波速对混凝土低温初始缺陷进行定量判别,并应用压汞试验、核磁共振与扫描电镜对混凝土砂浆基体进行微观分析。结果表明:基于弹性波波速计算得到的初始损伤度可用于定量判别混凝土低温初始缺陷,仅标养3 d(LD-3)、7 d(LD-7)混凝土试件的初始损伤度分别为0.22与0.12;压汞试验显示,LD-3与LD-7系列试件有害多害孔含量分别为92.7%与87.2%,临界孔径分别为0.8μm与0.9μm,明显高于标养28 d混凝土试件(有害多害孔含量、临界孔径分别为83.8%与0.18μm),核磁共振得出的混凝土临界孔径与压汞试验类似。扫描电镜图像显示,含低温初始缺陷混凝土的水化程度较低,基体结构松散。混凝土低温初始缺陷可以由初始损伤度(弹性波波速)、有害多害孔含量与临界孔径进行定量判别。     

氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能研究

基于试验、仿真及理论分析,探讨了氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能的退化规律及其影响机理。采用干湿循环法对钢筋混凝土试件进行了长达两年的锈蚀试验,对214根锈蚀钢筋进行机械拉伸试验。结果表明:当锈蚀程度较轻时,钢筋名义强度随锈蚀率增加呈线性下降;当锈蚀率较大时,钢筋名义、等效强度及延性均随其增加而下降;钢筋力与变形关系曲线中的屈服平台随锈蚀不均匀性增大逐渐缩短甚至消失;钢筋断裂形态与局部锈蚀特征相关,可分为三种类型;同等条件下细直径钢筋的力学性能对锈蚀更敏感。就试验现象进行理论和仿真分析表明:钢筋的实际抗拉强度在锈蚀前后并不降低;名义强度的降低,主要是由于锈损引起钢筋横截面积减小导致抗力减小而造成的;锈蚀引起的截面积减小、缺口效应及附加偏心作用是导致钢筋伸长率减小的主要原因;附加弯矩作用是导致钢筋力与变形关系曲线中屈服平台缩短、消失的主要原因。     

基于细观刚体弹簧元的轻骨料混凝土力学性能数值模拟

采用基于二维细观刚体弹簧元的数值方法,模拟了轻骨料混凝土静态加载下的力学性能,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析.得出的主要结论为:加载边界无约束试件的抗压强度与峰值应变相对于有约束试件分别降低31.4%、55.6%;立方体试件抗压强度、峰值应变随尺寸的增大而减小,100mm×100mm×100mm、200mm×200mm×200mm非标准立方体试件抗压强度换算系数分别为0.95和1.09,峰值应变换算系数分别为0.91和1.08,通过数值模拟得到了棱柱体试件单轴受压、单轴受拉状态下的应力应变关系全曲线,并给出了单轴拉压强度之间的关系.与试验结果的比较分析表明,二维刚体弹簧元数值方法能较好地预测轻骨料混凝土的静态力学性能,可以用于分析轻骨料混凝土结构.     

低温养护对水泥砂浆力学性能和微观结构的影响

标准水泥砂浆试件(40 mm×40 mm×160 mm)为试验对象,以标准养护温度为参照,研究低温和负温养护对水泥砂浆试件早期抗压强度和微观结构的影响。对不同养护温度下的水泥砂浆试件进行无侧限抗压强度试验和压汞试验测试孔结构,得到早期抗压强度增长规律和试件的孔隙率及平均孔径。研究表明:养护温度的改变,试件的总孔隙率和平均孔径会发生变化。养护温度越低,试件早期抗压强度增长越慢,孔隙率和平均孔径也越大。     

配筋对混凝土双K断裂参数的影响研究

为了确定在混凝土中配筋对试件断裂参数的影响,采用尺寸为1 000 mm×200 mm×200 mm的3组不同缝高比的钢筋混凝土试件进行试验。通过在初始裂缝两侧粘贴应变片确定了起裂荷载,计算出了钢筋混凝土试件的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、临界有效裂缝长度,并与相同缝高比的素混凝土试件进行了对比。结果表明,在混凝土中配筋,其起裂断裂韧度与失稳断裂韧度分别可以提高8.6%与15%;缝高比越大,钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度值越小;钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度的比值要比素混凝土试件的小,表明在混凝土试件中加入钢筋后可以提高结构的延性;钢筋混凝土试件的初始缝长与临界有效缝长的比值介于0.65～0.88。     

塑性混凝土弹性模量试验方法研究

目前塑性混凝土弹性模量试验方法不统一,试验结果差异较大,给工程质量评定带来困难。在分析弹性模量较高的普通混凝土和弹性模量较低的软岩、水泥土弹性模量试验方法的基础上,提出了适合塑性混凝土的弹性模量试验方法,即采用一次检测试件对中、一次预压、最后正式试验的方法。塑性混凝土弹性模量试验宜采用尺寸为100 mm×100mm×300 mm的棱柱体试件,也可采用尺寸为150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体或150 mm×300 mm的圆柱体标准试件。塑性混凝土应变的测定标距采用试件全长,变形测量可采用千分表或百分表或电子位移计等。建议将轴心抗压强度30%至60%应力应变曲线的割线模量作为塑性混凝土的弹性模量。     

不同尺寸混凝土试件的动力特性探讨

通过对36组混凝土试件在不同加载速率下进行抗折试验,探索了试件尺寸对混凝土动态力学性能的影响规律。试验中采用混凝土试件尺寸分别为40 mm×40 mm×160 mm,100 mm×100 mm×400 mm和150 mm×150 mm×600 mm3种,加载速率分别为0.5、5、50和500 mm/min4个等级。研究结果表明:混凝土抗折强度随着加载速率增加而增大;在同一加载速率下,混凝土抗折强度随着尺寸增加而减小;大尺寸的混凝土试件动力强度增加更为明显;同一加载速率下,不同试件尺寸混凝土试件的破坏模式没有明显差别,这一特征使得可以将不同尺寸混凝土结构的动力破坏过程分析进行简化。     

浸水时间对水工沥青混凝土弯曲性能影响研究

为研究不同浸水时间沥青混凝土的弯曲性能,通过小梁弯曲试验研究了浸水时间 0,50,75,100 h 沥青混凝土试件的弯曲性能。试验结果表明：浸水时间对不同温度下沥青混凝土的应力 - 应变曲线、弯曲性能有较大影响,随着浸水时间的增长其峰值应力下降,试件破坏形式主要呈延性破坏;在 3℃和 15℃时,沥青混凝土随着浸水时间增加,其抗弯强度减小,浸水时间在 50～100 h 时沥青混凝土抗弯强度下降趋势明显变缓;在 15℃时,沥青混凝土的弯曲模量随着浸水时间的增加而有所降低,弯曲模量逐渐趋于稳定;在 3℃时,沥青混凝土在浸水后弯曲模量下降较明显,随着浸水时间的增长,弯曲模量逐渐稳定。随着浸水时间的增长,沥青混凝土仍具有较好的抗弯强度和变形能力,研究结果可为沥青混凝土的研究提供参考。     

混凝土中钢筋锈蚀产物模量特性研究

采用固结试验研究了不同锈蚀产物压缩模量值的变化规律。通过水泥细度负压筛析仪,得到锈样粒径范围为0.01~0.05 mm,0.05~0.08 mm,0.08~0.10 mm和0.10~0.32 mm的4种锈样;使用KH-7700三维视频显微系统分别观测锈样颗粒尺寸,得到各组锈样的等效粒径;最后对4种粒径范围的锈样分别进行固结试验。试验结果表明:锈蚀产物压缩模量不是一个定值,而是随着压应力的增加线性增大;在相同应力水平下,平均粒径相近锈样压缩模量的大小与其化学成分相关,锈蚀物氧化越充分,其压缩模量值随压应力增加变化幅度越小。设锈蚀产物为弹性材料,锈蚀产物泊松比为0.25,经分析推导得到钢筋混凝土构件保护层表面锈胀开裂时,锈蚀产物弹性模量值介于0.017~0.733 GPa之间。此值可为研究钢筋锈蚀致混凝土开裂选取分析参数提供参考。     

小型水电站采用硬质塑料压力管的研究

河北省研究了在小型水电站压力水管上采用硬质聚氯乙烯管替代钢管和钢筋混凝土管的可能性,取得了一些初步成果。1 硬质聚氯乙烯管的力学性质 硬质聚氯乙烯管试件采用硬质聚氯乙烯管,内径590～594mm,平均壁厚17.5mm。为使试件受力均匀采用气压加压,自动控温,预温24h,应变采用电阻应变片直测,用YJ-5静态应变仪放大。试验的基本成果是:     

峡江工程坝基固结灌浆试验分析

坝基固结灌浆是一种能够改善岩体性能的施工方法,其施工质量的好坏直接影响坝体的安全。以峡江水利枢纽工程9#泄水闸坝基为例,对现场布置的6个检测孔进行固结灌浆和压水试验,通过比较灌浆前后岩体波速、完整系数和透水率的变化,综合评价岩体固结灌浆效果和抗渗性能。结果表明,灌浆后,岩体形状发生变化,岩体较完整,整个声波波速得到较大提高,提高幅度可达33.03%,透水率明显下降,渗透性能较好。     

截锥型弹体小角度入水空泡及冲击载荷特性实验研究

导弹和鱼雷等武器头型对入水冲击载荷和水下弹道特性有重要的影响,该文通过实验方法研究了截锥型弹体小角度入水问题,采用高速摄像机和弹体内置加速度采集仪,探究了截锥型弹体头型系数和入水角度对弹体入水初期空泡演化和冲击加速度特性的影响规律。实验结果表明,不同头型系数下弹体头部可能引导两类空泡：(1)由头部平面和弹体肩部引发的两个初始空泡融合为一个连续的空泡,(2)两个初始空泡单独发展并且不会发生融合。对于第二类空泡,头部平面产生空泡的闭合发生在弹头侧面,并且其闭合时间随入水角度减小而增大。对于弹体的冲击加速度,与产生第一类空泡的弹体相比,产生第二类空泡弹体的冲击加速度增长速率较为缓慢但波形更复杂,并且其加速度达到峰值后,不会立刻下降而是继续持续了一段时间。此外,弹体冲击加速度的上升速率和峰值随入水角度的减小而减小。     

混凝土双轴弹模-徐变试件垫层效果试验分析

混凝土双轴受压弹模和徐变试验加载应力控制在相应龄期棱柱体强度的30%~40%,相比混凝土抗压强度试验,试件表面轻微不平整和倾斜以及钢承压板与试件承压面的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响更大。为减小混凝土试件承压面轻微不平整和倾斜以及钢压板与混凝土试件间的摩阻对混凝土双轴弹模和徐变试验结果的影响,提出适用于混凝土双轴弹模和徐变试验、能使混凝土试件在弹性变形阶段整体应力应变均匀性好的垫层。通过棱柱体混凝土试件单轴受压时不同材料和组合的垫层对应变偏差率、应变曲线及弹性特征影响的比较,筛选3种组合垫层进行双轴弹模验证试验。结果表明聚四氟乙烯薄膜(PTFE)夹土工布的组合垫层能在双轴受压弹模试验中有效降低试件竖向和横向应变偏差率,使混凝土试件应力分布均匀,2层1.0 mmPTFE夹1.2 mm土工布的组合垫层总体效果最好。     

倒伏植被茎秆粗度对坡面水流特性的影响

为深入探索植被倒伏条件下水流结构的内在规律,开展植被茎秆直径对坡面流水流特性影响的试验研究。试验固定坡度为1. 0%,倒伏角度为20°,取茎秆直径为2 mm、3 mm、4 mm进行室内明渠流模拟试验。结果表明:在相同直径条件下,随水深增大,Darcy-Weisbach阻力系数逐渐增大,雷诺数呈线性增大,弗劳德数呈幂函数形式下降;在相同水深条件下,随茎秆直径增大,DarcyWeisbach阻力系数增大,雷诺数与弗劳德数随之而减小,且当茎秆直径每增加1 mm,阻力系数平均增大33. 76%,雷诺数平均减小2. 57%,弗劳德数平均减小8. 33%。     

不同粒径橡胶集料混凝土工程特性试验

用橡胶颗粒取代砂子,对橡胶集料混凝土进行工作性测定及单轴抗压试验、抗水渗试验、抗氯离子渗透试验、冻融循环试验。结果表明:存在最不利橡胶颗粒粒径0.63～1.25 mm,使混凝土流动性最差;混凝土抗压强度随橡胶颗粒粒径减小而下降,但掺入小粒径橡胶颗粒有助于保证混凝土完整性;存在最优取代粒径0.165～0.315 mm,使混凝土电通量、渗水高度、质量损失率、相对动弹性模量损失率分别为普通混凝土的53.15%、52.35%、16.35%、51.79%;利用耐久性最优配合比制备的橡胶集料钢筋混凝土简支梁起裂荷载高于普通钢筋混凝土简支梁,但极限荷载有所降低,降幅约为6.10%。     

受硫酸盐侵蚀的再生混凝土耐久性研究

为研究再生粗骨料取代率对再生混凝土抗硫酸盐溶液侵蚀性能的影响规律,进行干湿循环和硫酸盐溶液的耦合试验,探究了随着干湿循环龄期的增长,再生粗骨料取代率对再生混凝土的质量损失率、伸长率、相对动弹性模量、硫酸根离子扩散深度的影响。试验结果表明:再生粗骨料掺量为100%的再生混凝土的质量损失率最大,达到了0.35%;试件的相对动弹性模量下降速度变化较复杂,分为匀速下降期、缓慢过渡期、加速下降期;试件伸长率随着侵蚀龄期的增长逐渐增大,且增幅越来越大;试验过程中,硫酸根离子逐渐向试件内部扩散,侵蚀破坏逐渐向深层移动,且再生粗骨料掺量越多的试件内部破坏得越快、越明显。研究结果可为实际工程中再生粗骨料的掺量选择提供参考。