定侧压下大坝原级配混凝土强度和变形试验研究

利用大连理工大学自行研制改造的液压伺服静动态三轴试验系统进行了不同骨料级配和尺寸的混凝土试件定侧压下的双轴压强度和变形性能试验.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250mm、150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm.试验过程中,测得了所有试件两个加载方向的应力和应变,并根据试验结果,系统地探讨了不同级配混凝土在定侧压下的极限强度和变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律,发现大骨料混凝土在定侧压下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高更多;最后分别在主应力空间、主应变空间和八面体应力空间建立了不同级配混凝土的破坏准则,为水工大体积混凝土按多轴强度理论进行设计提供了试验依据.     

湿筛二级配大坝混凝土动态双轴拉压强度与破坏准则

目的研究湿筛混凝土在双轴动态等比例拉压荷载作用下的动态力学特性,建立湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则.方法利用大型液压伺服静、动态三轴试验设备,对长宽高为150 mm×150 mm×300 mm湿筛二级配大坝混凝土棱柱体试件进行等比例双轴动态拉压加载试验,应变速率取10~(-5)~10~(-2)s~(-1).结果湿筛混凝土的动态强度提高效应无法抵消双轴拉压作用的强度降低效应,双轴动态拉压强度普遍低于单轴静态强度;湿筛混凝土双轴拉压强度的动态增长幅度与水工大骨料混凝土相当,均远高于相同条件下的普通混凝土.结论通过对试验数据的拟合,得到湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则,为大体积混凝土结构进行非线性分析、探索动态强度机理提供数据支持和依据.     

大骨料混凝土动态双轴拉压强度试验研究

为了研究不同应变速率下混凝土双轴动态受力状态的力学性能,在大型静、动态三轴试验机上,对大骨料混凝土和湿筛混凝土试件进行了不同应变速率和应力比下的双轴动态拉压试验,系统研究了应变速率和应力比对混凝土双轴拉压强度的影响.试验结果表明:两种混凝土双轴拉压强度均低于单轴拉伸或单轴压缩强度,其变化规律不但与应力比有着密切的联系,还随应变速率的增大而增大.在主应力空间建立了考虑应变速率和应力比的混凝土双轴拉压破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据.     

大骨料混凝土在不连续点处应力和变形研究

通过试验研究大骨料三级配混凝土与其湿筛二级配混凝土在双轴受力状态下的特性,比较了二者于双轴拉压受力情况下在不连续点处的强度和变形特性,并给出了破坏准则.三级配混凝土的最大骨料尺寸为80 mm,试件最小横向尺寸为250 mm;湿筛混凝土的最大骨料尺寸为40 mm,试件最小横向尺寸为150 mm.描述了试件设计、材料配比、加载设备、减摩措施.通过对试验结果的分析看出,不论混凝土试件的骨料和尺寸大小如何,其不连续点处的两轴应力包络线都是相似的,并都可近似于一直线.混凝土在不连续点处的拉应变值与其平均应力具有较高的相关性.     

全级配混凝土强度尺寸效应及变形特性研究

采用近似理想刚性试验机，对全级配及相应湿筛混凝土立方体试件进行了单轴抗压强度尺寸效应的试验，与此同时还测出了应力－应变全过程曲线及泊桑比与体应变．试验结果表明：全级配与湿筛混凝土的强度均存在尺寸效应，其变化规律符合Ｗｅｉｂｕｌ脆性材料强度统计理论．全级配混凝土的脆性较湿筛混凝土小，其应力－应变全过程曲线与圆柱体试件的应力－应变全过程曲线形状相似     

复杂应力下大骨料混凝土与二级配混凝土强度对比试验研究

通过试验研究大骨料三级配混凝土与其湿筛二级配混凝土在单轴、双轴及三轴应力条件下的强度差别.研究发现,单轴受压和受拉条件下三级配混凝土比其湿筛二级配混凝土的强度都有所下降,分别为27%和26%.在双轴受压条件下,三级配混凝土强度增加率高于其湿筛二级配混凝土,在应力比为0.5时,相差最大,强度提高率相差21.2%.在双轴拉压和三轴拉压压条件下,三级配混凝土强度降低率也高于其湿筛二级配混凝土.给出了它们在各种条件下具体的强度对比值和复杂应力下混凝土的破坏准则.     

不同尺寸混凝土试件受压状态下超声波传播特性研究

研究了不同尺寸混凝土试件在单轴压应力作用下,超声波波速的变化规律.试验所用试件有3种:采用大坝原级配最大骨料粒径为80 mm的棱柱体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为25 cm×25 cm×50 cm、15 cm×15 cm×30 cm、10 cm×10 cm×20 cm.通过试验首先得到了加载过程中波速变化与应力水平的关系,然后基于超声波波速定义了损伤变量以评价加载过程中混凝土的损伤程度,并且根据试验提出了一种使用超声波法估测复杂应力下混凝土裂缝开展的方法.试验分析表明,混凝土内超声波衰减规律与骨料尺寸和数量以及试件尺寸等因素有关,所得结论对于评估大体积混凝土结构在复杂应力条件下损伤演变具有一定的应用价值.     

碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验研究

为研究碱矿渣混凝土的受压应力-应变关系,分别制作单轴受压混凝土棱柱体标准试件和钢管约束条件钢管混凝土试件,开展单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土受压应力-应变关系试验.结果表明:单轴受压条件下,碱矿渣混凝土立方体强度和棱柱体强度关系仍可采用现行规范建议式表示,采用无量纲两段式应力-应变关系模型拟合的单轴受压应力-应变关系与试验曲线结果吻合良好;钢管约束条件下,碱矿渣混凝土极限强度和极限应变均较单轴条件下有了明显提高,表明钢管约束作用能够较好地提高核心混凝土的强度和韧性性能;采用已有钢管约束核心混凝土应力-应变关系模型拟合的应力-应变关系曲线与试验曲线吻合较好.结果表明:现有普通混凝土应力-应变关系模型对单轴受压条件和钢管约束条件下碱矿渣混凝土仍然适用.     

混凝土单轴受压全过程变异性试验研究

为了研究混凝土在单轴受压作用下的全过程受力特征,通过对强度等级为C30~C60的60个混凝土棱柱体试件进行单轴受压应力-应变全曲线试验,得到了单轴受压作用下混凝土峰值强度、峰值应变、弹性模量和应力-应变全曲线的统计特征.根据混凝土结构设计规范(GB50010—2010)中的混凝土峰值强度变异系数,利用概率密度演化方法,获得了混凝土应力均值曲线和应力标准差曲线.通过与试验结果进行对比,认为仅用峰值强度的变异系数不足以描述混凝土应力-应变全过程的随机性,建议给出标准差曲线.     

饱和大骨料混凝土动态双轴受压力学性能试验研究

分别通过试验研究了饱和与干燥大骨料混凝土试件在动态双轴受压状态下的强度特征.试验采用大型混凝土静、动态三轴液压伺服试验系统,设定了4个数量级的应变率(10-5、10-4、10-3、10-2 s-1)和5种应力比(0∶1、0.25∶1、0.50∶1、0.75∶1、1∶1).根据试验结果,分析了孔隙水对大骨料混凝土动态双轴极限抗压强度的影响,并提出了饱和大骨料混凝土动态受压破坏准则.研究表明,饱和大骨料试件在动态条件下的强度与干燥混凝土试件相比提高明显,而在准静态条件下有所降低.在相同应变率下,与单轴相比,双轴极限抗压强度在应力比为0.50∶1时最大.     

钢纤维高强混凝土的配合比设计

结合钢纤维高强混凝土的工作特点,对钢纤维高强混凝土的原材料选择要求与配合比设计进行了阐述.根据设计的钢纤维高强混凝土配合比,浇筑了168个150 mm×150 mm×150 mm立方体、30个100 mm×100 mm×400 mm和60个150 mm×150 mm×450 mm棱柱体钢纤维高强混凝土试件,并测试了其基本力学指标.结果表明,通过材料优选和适宜的配合比设计,采用常规制备工艺可以配制出拌和性能良好及满足强度要求的钢纤维高强混凝土.     

冻融循环作用下橡胶混凝土蠕变特性试验研究

橡胶混凝土Concrete with Rubber Aggregate（简称RC）具有较高的抗冻融性，但其在各种冻融条件下的长期蠕变行为尚不清楚，势必会影响橡胶混凝土在严寒地区的应用。以RC在冻融循环条件下的蠕变特性为对象，选取C40普通混凝土配比为试验基准，将等体积、粒径为3~6mm橡胶颗粒代替中砂质量的10%配制了一种RC，在RC材料经历0、30、60、90、120、150次冻融循环试验后，进行单轴抗压、单轴蠕变、冻融后动弹性模量及SEM电子显微镜观察等试验。结果表明：相对于0次冻融循环条件下的RC，经历30-150次冻融循环作用后其抗压强度分别下降了6.51%-47%，质量损失率分别提高了6%-11.2%。随冻融循环次数的增加，RC蠕变破坏逐渐达到其临界值应力水平，冻融动弹性模量不断降低。经多次冻融循环后，RC试件蠕变应力低于峰值强度的50%时，判断结构是安全的。超过该临界值时，判别安全标准取决于其应力荷载及冻融循环次数。     

玄武岩纤维对再生混凝土轴心受拉性能的影响

为研究玄武岩纤维对再生混凝土轴心受拉性能的影响,通过自行设计的混凝土轴拉试验装置,对不同玄武岩纤维体积掺量下(0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％和0.5％)的玄武岩纤维再生混凝土(basalt fiber recycled aggregate concrete,BFRAC)进行了轴心受拉试验,并分别与玄武岩纤维增强混凝土(basalt fiber reinforced concrete,BFRC)进行比较.研究结果表明,随着纤维掺量的增加,BFRAC的初裂强度、轴拉强度、初裂应变、峰值应变和初始弹性模量均呈现先增加后减小的趋势,纤维掺量为0.3％时,各项轴拉性能达到最大值,对应的提升率分别为40.5％、35.4％、10.4％、22.4％和16.9％.玄武岩纤维对再生混凝土轴拉性能的提升效果要优于普通混凝土.     

三级配混凝土单轴破坏的细观数值模拟

将混凝土看成是由骨料、界面和砂浆组成的非均质复合材料,采用非线性有限元软件Marc对东江拱坝三级配混凝土试件单轴受拉、单轴受压破坏的全过程进行数值模拟．按照试件的实际配比计算出各种粒径骨料的数目,采用蒙特卡罗法对混凝土骨料进行随机投放,生成试件的随机骨料模型．研究中,单轴受拉时采用最大拉应力准则,并考虑了材料的软化;单轴受压时采用线性莫尔-库伦准则．结果表明,混凝土的力学性能与其内部的细观结构组成密切相关,材料的宏观破坏是细观结构破坏累积的结果,无论是受拉时的开裂还是受压时的屈服,几乎都首先发生在界面上．     

混凝土的多轴强度安全系数及其应用

为计算多轴应力状态下混凝土坝的强度安全系数,以混凝土重力坝为例,采用超载系数K1和失效距离系数K2分别计算多轴强度安全系数。计算结果表明,在二轴拉-压区,K1略小于单轴强度安全系数K0,在二轴压-压区,K1大于K0;无论在二轴拉-压区还是二轴压-压区,K2均小于K1和K0;混凝土重力坝的多轴强度安全系数与单轴强度安全系数具有显著差异,在强度设计与安全评价中应采用多轴强度安全系数。