冲击荷载下混凝土破坏过程的数值模拟

目的 探究冲击荷载作用下混凝土内部真实的破坏机理以及在不同应变率下混凝土强度随应变率的变化规律.方法 基于离散单元法,采用细观二维梁-颗粒模型BPM(Beam-Particle Mode in Two Dimensions)模拟了三种不同应变率下混凝土材料的动态响应.结果 从混凝土破坏图形可以看出.冲击荷载下混凝土的破坏过程实际上是混凝土内部的原生裂纹的激发、扩展、贯通直至整体结构的破坏.从混凝土应力-应变曲线可以看出.混凝土是率敏感性材料,其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大.结论 模拟结果和试验结果在达到峰值应力前的曲线基本吻合,说明梁-颗粒模型可以用来模拟混凝土在冲击荷载下的动态破坏,其结果是可靠和准确的.     

PVA纤维混凝土的动态压缩性能试验研究

为了研究PVA纤维混凝土的动态压缩性能,采用Φ74SHPB(分离式霍普金森压杆)装置对三种体积掺量的PVA纤维混凝土进行不同应变率下的冲击压缩试验,获得了较高应变率下的应力-应变关系。试验结果表明,PVA纤维混凝土是一种应变率敏感材料,在冲击荷载作用下,其破坏应力、峰值应变、峰值韧度等技术指标都随应变率的增加而增大。     

水泥砂浆高温SHPB实验及动态力学特性研究

采用一种新的混凝土类材料快速加温装置,在Ф50的SHPB系统上,对水泥砂浆试件进行了不同温度(20~600℃)下的冲击压缩实验,分析了水泥砂浆试件在不同温度和冲击速度下的破坏形态,并且获得了不同温度下水泥砂浆试件3个冲击速度下的应力应变曲线以及峰值应力、峰值应变的变化规律。研究表明,水泥砂浆材料具有明显的应变率效应,随着应变率的增加,水泥砂浆的峰值应力不断地提高。同时,水泥砂浆材料具有明显的温度损伤效应,在相同的冲击速度下,其峰值应力随温度的增加不断地减小,而其峰值应变则不断地增加。     

重复冲击下高温后橡胶自密实混凝土动态力学性能

混凝土结构在服役期间经常因承受多次冲击荷载作用而发生破坏,其在重复冲击荷载作用下的动态力学特性引起了关注。研究表明掺入橡胶有效的改善了自密实混凝土(SCC)的抗冲击性能,但橡胶自密实混凝土(RSCC)在重复冲击荷载作用下的动态力学特性尚不明确。基于此,采用霍普金森压杆装置(SHPB)开展重复冲击压缩试验,研究RSCC在重复冲击作用下的动态力学特性。本次试验准备橡胶掺量分别为10%、20%和30%的RSCC试样各一组,研究橡胶掺量、高温作用对RSCC重复冲击性能的影响,准备一组普通自密实混凝土(NSCC)作为对照组。试验结果表明：在重复冲击试验中,随着冲击次数的增加,试样峰值应力减小,变形增长。150°C高温作用对NSCC、RSCC重复冲击性能影响小,重复冲击性能与常温试样具有一致性;橡胶的掺入有效改善了NSCC的脆性,减小了冲击荷载在试样内部产生的应力,冲击荷载重复作用次数随着橡胶掺量的增加呈上升趋势,RSCC重复冲击性能优于NSCC。300°C高温作用后,NSCC峰值应力变大,但仍然表现出脆性破坏特征;而RSCC峰值应力变小,抵抗冲击荷载重复作用次数减少,重复冲击性能显著退化,且橡胶掺量越大,性能衰退越显著。此外,在常温与150°C高温工况下,RSCC比NSCC吸收能量能力更强;而300°C高温作用后,RSCC能量吸收性能衰退,累计单位体积吸收能量低于NSCC。     

再生混凝土与锈蚀钢筋间的粘结性能试验研究

为了探究再生混凝土结构的耐久性能,对5组不同钢筋锈蚀率(0~9%)的再生混凝土梁式试件进行加载试验。分析不同钢筋锈蚀率对再生混凝土梁式试件的钢筋应变、局部粘结应力、粘结滑移和极限粘结应力的影响。结果表明:钢筋锈蚀率大于3%时试件底部开始有细微锈胀裂缝出现;锈蚀率越大,荷载作用下钢筋应变沿锚固位置的变化曲线越平缓;局部粘结应力沿锚固段呈现出双峰分布,峰值主要集中在加载端和自由端附近;加载端附近位置滑移现象最先发生,远离加载端滑移现象延后;随着钢筋锈蚀率的增大,极限粘结强度先增加后降低,极限荷载下的滑移值增大。     

Z形截面桁架式型钢混凝土柱正截面承载力研究

进行了4根不同含钢率的桁架式型钢混凝土Z形柱试件在不同荷载角及不同偏心距压力作用下的非线性有限元分析,研究其破坏的一般规律和极限承载力.分析得到了试件中混凝土在不同荷载时的应变分布及在极限荷载作用下的中和轴位置,以及各个试件在不同荷载角以及不同偏心距压力作用下的极限承载力.分析结果表明在偏心压力作用下,这种柱子的破坏形态与普通混凝土构件相似,横截面平均应变符合平截面假定,极限承载力与延性比相同截面钢筋混凝土Z形有显著提高,并且随着含钢率的增加而不断增大.荷载角对于此种柱的承载力影响较大,不同荷载角作用的承载力差异明显.最后通过编制数值计算程序比较了试件C在这两种方法下所得到的极限承载力差异.     

循环冲击荷载下轴压对花岗岩动力学特性的影响

为研究循环冲击荷载下轴压对花岗岩动态力学特性的影响,利用改进的动静组合式SHPB装置对5种轴压σ_A(0,30,60,90和120 MPa)下的花岗岩试样进行等幅循环冲击.结果表明:在相同的循环冲击荷载下,试样的总循环冲击次数随轴压的增加呈现先增加后减小的趋势,在σ_A=60 MPa时达到最大.5种轴压下的试样都表现为典型Ⅱ型应力-应变曲线.σ_A=0,30,90和120 MPa下试样的平均应变率和峰值应变随着冲击次数的增加而增加,峰值应力和弹性模量趋势相反,σ_A=0和120 MPa试样的力学参数劣化速率较快;σ_A=60 MPa下试样的平均应变率和峰值应变随着冲击次数的增加呈现先减小后增加的趋势,峰值应力和弹性模量则相反,其动力学参数劣化速率较慢.结合静态压缩声发射能量计数可以发现,当轴压超过起裂应力时,轴压对循环冲击荷载下岩石动力学特性的影响由强化向劣化效应转变.     

双轴受压状态下混凝土动态抗压特性试验研究

由于多轴试验装置的高技术性,混凝土在复杂应力状态下的动力研究相对偏少。为研究双轴受压状态下混凝土的动态抗压特性,采用真三轴静动综合加载试验系统,进行了5种双轴受压状态下混凝土立方体试件的冲击压缩试验,分别从应力-应变曲线特征、强度特性和变形特性等方面分析双轴受压状态对混凝土动力响应的影响规律。结果表明：双轴受压状态下,混凝土承受冲击荷载时呈现典型的脆性破坏,应力-应变曲线初期无明显压实挤密阶段;主轴压比一定时,随单侧压比的增大,混凝土的动态抗压强度呈现出先升高后降低的趋势,峰值应变和平均应变率皆呈现出先减小后增大的趋势;双轴受压对混凝土有加固约束作用,因而提高了其动态抗压强度和抗变形能力,主轴压比：单侧压比为0.4：0.4时作用效果最佳。     

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．方法基于有限元分析程序ANSYS／LS—DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素．结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重．结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关：在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏．     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.