混凝土单轴拉伸损伤试验研究

在几组混凝土试件中,采用掺入不同量的引气剂的试验方法,人为地制造随机的细微空隙,以模拟不同程度的损伤,通过测定几组不同损伤程度混凝土试件的弹性模量和绘制试件受力变形曲线,计算了单轴拉伸情形下的初始损伤和峰值应力所对应的损伤。与前人所做的压缩损伤试验比较,探讨了混凝土材料拉伸与压缩时损伤的区别及相同应变水平下拉伸损伤与压缩损伤的关系,并利用指数函数损伤模型推算了混凝土临界损伤。     

混凝土损伤参数的尺寸效应

混凝土的损伤参数一般都是在实验室里,用标准试件由试验得到的,用标准试件做测得的混凝土的损伤参数来进行大体积混凝土结构的损伤分析是不合理的原因,指出研究大、小混凝土结构损伤参数的关系即损伤参数的尺寸效应问题的必要,并对混凝土结构损伤参数尺寸效应进行探讨,得到了有益的结论。     

提高铁路混凝土在盐类结晶环境下的抗侵蚀能力研究

为提高铁路混凝土在盐类结晶环境下的抗侵蚀能力,以隧道衬砌部位混凝土为研究对象,考察了掺入不同加量的纳米SiO2和引气剂GEM对混凝土质量损失率、相对动弹性模量以及抗压强度耐蚀系数的影响。结果表明：在硫酸盐干湿循环实验条件下,纳米SiO2的加入能够有效降低混凝土试件的质量损失率,并使相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数得到提高,纳米SiO2可以有效提高铁路混凝土的抗硫酸盐侵蚀能力,并且纳米SiO2的加量越大,效果越好。当SiO2的加量20kg/m3时,随着引气剂GEM加量的不断增大,混凝土试件的抗硫酸盐侵蚀能力进一步增强,当引气剂GEM的加量为0.05kg/m3时,混凝土试件在经过180次干湿循环后的质量损失率最小(仅为0.26%),相对动弹性模量(95.9%)和抗压强度耐蚀系数(0.919)最大。纳米SiO2和引气剂GEM的加入能够显著改善铁路混凝土在硫酸盐结晶环境下的抗侵蚀能力。     

引气再生混凝土抗冻耐久性试验与损伤模型

通过对再生粗骨料掺量为0、25%、50%、75%、100%的C30再生混凝土和C30引气再生混凝土进行抗冻耐久性试验,得到质量损失率、动弹性模量的性能指标在冻融循环过程中的变化规律。基于Aas-Jakobsen损伤模型,定义实际应力比的相对差值为损伤变量,以相对动弹性模量作为损伤变量来拟合抗冻性能参数α,并对得到的冻融损伤关系进行验证。结果表明:掺量为50%的再生混凝土和普通再生混凝土的抗冻性能相近,较其他掺量的更优;同时,在再生混凝土中添加引气剂,有利于改善抗冻性能。从损伤模型计算值与实测值来看,二者基本相符,验证了损伤模型的合理性。     

冻融损伤对再生混凝土耐久性及与钢筋粘结性能分析

制作掺入引气剂和未掺入引气剂的100％粗骨料取代率的再生混凝土RC1和RC2两组试件以及掺入引气剂和未掺入引气剂的普通混凝土NC1和NC2两组试件,并分别对经过不同次数冻融循环试件的抗压强度、质量损失率、动弹性模量损失率进行研究。结果表明,冻融后各组试件的抗压强度、质量损失率及动弹性模量损失率均降低,对于添加引气剂的NC1和RC1两组试件损失较小,其中RC1组试件在200次冻融后抗压强度损失接近40％,质量损失率达0．5％,动弹性模量损失率38．5％。100％取代率并加入引气剂的ZRC组试件冻融后进行中心拨出实验,发生劈裂破坏和钢筋拔出破坏2种形式。再生粗骨料混凝土与钢筋的极限粘结应力均随冻融次数的增加而降低,200次冻融后极限粘结应力下降33．5,荷载滑移曲线既有上升段也有下降段。     

混凝土初始损伤细观结构特性数值试验研究

细观结构特性是混凝土材料最重要的特性之一,细观结构参数的改变直接影响混凝土弹性模量、抗拉抗压强度等宏观力学性能变化.首先采用混凝土随机骨料模型进行混凝土细观数值试验,将混凝土看成由骨料、水泥砂浆以及两者之间的界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,并在水泥砂浆中引入不同孔径、孔隙率的孔隙,使用有限元分析软件MSC.Marc,通过数值试验研究了孔径、孔隙率对混凝土抗拉抗压强度和弹性模量的影响规律.试验结果表明:混凝土弹性模量在同一孔径下随着孔隙率的增长呈线性下降,在同一孔隙率下随着孔径增大呈对数下降;混凝土抗拉抗压强度随着孔隙率和孔径增大呈对数下降.其次,将数值试验结果与经验公式进行了对比,验证数值试验结果的正确性.最后,根据数值试验结果,建立了混凝土初始损伤与孔隙率和孔径之间的关系,描绘了细观尺寸下混凝土的初始损伤面,为建立混凝土细观结构参数和宏观力学特性之间的联系,改善混凝土的力学性质打下了基础.     

再生混凝土受压细观损伤尺寸效应分析

在细观层次上建立由天然骨料、旧界面、旧水泥砂浆、新界面和新水泥砂浆组成的再生混凝土五相随机骨料模型.对建立的模型进行单轴压缩和损伤断裂的细观数值模拟,研究尺寸效应对细观损伤和力学性能的影响.结果表明:随着试件尺寸从75 mm×75 mm增加到100 mm×100 mm和150 mm×150 mm,试件抗压强度分别下降了4.5%和8.3%;在所有试件中,初始损伤和拉剪应力都先集中出现在内界面区,但随着尺寸的增大,试件最终的损伤值也随之降低.     

静载历史下的损伤对混凝土动态抗压性能影响研究

为研究正在使用状态下且已存在初始损伤的混凝土构筑物受冲击动力荷载下的动态力学特性,本文以混凝土试件为试验对象,先通过YAD-2000试验压力机对多组混凝土试件进行预加载,使C30混凝土试件出现不同程度的损伤,然后利用SHPB试验设备对试件进行单次冲击压缩试验,研究静载下的损伤对混凝土应力–应变曲线特征、动态抗压强度、破坏模式等特性的影响.通过系列试验发现,经历初始静载的混凝土表现出较强的损伤效应和应变率效应.静载作用下混凝土的损伤对动态抗压强度降低影响关系中,存在一个分界点.大于分界值时,损伤程度变化对混凝土动态抗压强度影响显著.研究结果对于荷载历史混凝土的动态性能研究和应用具有理论意义和参考价值.     

混凝土抗压疲劳寿命概率模型试验研究

对27个强度为 C30、尺寸为150 mm×150 mm×300 mm 的混凝土棱柱体试件进行了疲劳寿命试验,推导了利用小样本数据对对数正态分布和三参数 Weibull 分布进行参数估计的方法。基于试验数据,利用相关系数优化法,分别用对数正态分布和三参数 Weibull 分布对混凝土疲劳寿命的概率模型进行拟合,回归得到其分布参数,从而确定了 C30混凝土疲劳寿命概率模型。运用得到的混凝土疲劳寿命模型对算例进行了疲劳可靠度的计算。拟合的结果表明,混凝土疲劳寿命基于这两种概率分布模型都拟合较好,但三参数Weibull 分布拟合精度更高。对混凝土疲劳损伤的研究表明,混凝土结构疲劳累积损伤所对应的可靠度随加载周期大致呈现二次抛物线下降的趋势,混凝土结构的疲劳损伤随着加载周期的增加而发展得越来越迅速。     

高速铁路隧道衬砌结构损伤累积与裂纹演化机理

高速铁路隧道混凝土衬砌结构含有初始孔隙或微裂纹等初始损伤。高速列车通过隧道所产生的气动疲劳载荷作用,使这种初始损伤会逐步扩展。选用混凝土的弹性模量衰减规律来反映气动疲劳载荷对隧道衬砌细观混凝土的作用效应,以弹性模量衰减的第二阶段为主要研究阶段,模拟了在循环气动载荷作用下,高速铁路隧道衬砌混凝土细观损伤机理及疲劳损伤裂纹的发展变化规律。研究表明:高速铁路隧道服役的中后期,气动疲劳载荷对隧道耐久性的危害作用更大。     

多因素下地铁混凝土耐久性试验

综合考虑地铁沿线复杂的气候特点和腐蚀环境,在室内设计了考虑紫外线照射、干湿循环、冻融循环、硫酸盐及镁盐腐蚀的大循环试验,对3种水胶比和3种粉煤灰掺量共5种配合比的混凝土进行了耐久性试验,通过试件表观现象、抗压强度值、相对质量评价参数、相对动弹性模量评价参数及考虑质量和动弹性模量的综合损伤评价参数等评价指标,对地铁混凝土耐久性能进行了评价,同时,结合X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了多因素下混凝土损伤劣化机理,结果表明:在室内大循环下混凝土试件发生了复杂的物理化学反应,生成膨胀性产物钙矾石、石膏晶体及无胶结性能的M-S-H,受到温度应力、胀缩应力、膨胀压力及盐结晶压力等复合力的共同作用,整个循环周期内呈现出初期强化、初步劣化及后期加速劣化的侵蚀特点,考虑质量和超声波波速的综合损伤评价指标,能够客观准确地反应混凝土宏观性能和内部微观结构,结果显示,水胶比为0.35,粉煤灰掺量30%的混凝土耐久性最佳。     

再生混凝土疲劳损伤演化的定量描述

利用再生混凝土的疲劳试验结果,分析常用的几种损伤变量定义法的优缺点;其次,根据疲劳损伤的三阶段演化规律,提出倒S非线性疲劳累积损伤模型,给出材料参数的物理含义及取值范围;最后,基于倒S模型研究再生混凝土的损伤演化规律和疲劳寿命。分析结果表明,弹性模量法、超声波速法、最大应变以及残余应变法都能够反映再生混凝土的疲劳损伤演化规律,而残余应变法由于概念明确,考虑疲劳初始损伤,因此更为合适;拟合得到的损伤演化方程与试验数据高度相关,而理论分析得出的疲劳寿命的变化规律与试验结果也相一致;倒S模型涵盖了损伤演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于混凝土材料的损伤演化描述。     

冻融环境下引气剂对钢筋与混凝土黏结性能影响的试验研究

针对冻融环境下钢筋与混凝土结构黏结性能劣化的问题开展试验研究。以引气剂掺入量和冻融循环次数为变动因素制作了3批共9组钢筋混凝土试件,采用快速冻融试验和钢筋中心拔出试验方法,研究了冻融环境下不同掺量引气混凝土与钢筋之间的黏结应力、滑移量,对比分析了引气剂对冻融环境下钢筋与混凝土黏结性能的影响规律。试验结果表明,掺入一定量引气剂可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的黏结性能得到明显改善。     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

结构初始损伤识别的随机弹性模量

为进一步借助环境激励条件识别结构损伤,导出了求解未损伤结构与损伤结构随机弹性模量的方程.该方法从特征值问题出发,视泊松比参数、弹性模量参数分别为常量与随机变量,并结合结构的有限单元模型以及实测数据.通过引入结构单元损伤因子,对结构的初始损伤进行识别.该方法既可精确评价结构的初始损伤程度,也可初步估计初始损伤的位置,为结构损伤自动识别技术的实际工程应用提供了理论基础.     

层布式混杂纤维混凝土冻融损伤研究(英文)

为研究层布式混杂纤维混凝土在冻融疲劳作用下的损伤演变规律,建立一混凝土抗冻劣化的损伤演变数学模型,在试验的基础上回归出普通混凝土和层布式混杂纤维混凝土的冻融损伤演化方程.结果表明,LHFRC和OC的初劣点值相同,且在劣化初始阶段具有相同的损伤演变方程;在劣化扩展阶段,LHFRC和OC均具有幂函数形式的损伤演变方程,但LHFRF损伤变量小于同期的OC,钢纤维和聚丙烯纤维有效地抑制了其内部损伤发展.     

基于超声检测的废弃纤维再生混凝土弹性模量试验研究

为研究长期持荷损伤后再生骨料取代率和废弃纤维掺入对再生混凝土弹性模量的影响规律,制备了再生骨料取代率为0、50％、100％,废弃纤维体积掺入量为0.08％的废弃纤维再生混凝土试件,进行了混凝土标准弹性模量试验和超声波无损检测试验.结果表明:弹性模量与超声波速呈线性正相关,在宏观尺度上表现为抵抗弹性变形的能力减小,在细观...