钢纤维煤矸石混凝土冻融后本构关系试验研究

为探讨钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能和冻融后的力学性能,及推广应用钢纤维煤矸石混凝土这一绿色建筑材料,通过快速冻融试验和单轴受压试验,研究了冻融环境下不同钢纤维掺量的煤矸石混凝土的质量、动弹性模量以及应力-应变曲线随冻融循环次数和钢纤维掺量的变化规律,并提出了钢纤维煤矸石混凝土冻融后单轴受压本构关系。发现相比普通煤矸石混凝土,钢纤维煤矸石混凝土的抗冻性能有一定程度的改善,主要表现为其冻融后的峰值应变和极限应变增加、耗能能力增加,但强度并无显著提升。研究结果表明,钢纤维煤矸石混凝土不宜直接用于严寒地区,但对寒冷地区和夏热冬冷地区而言,其力学性能和耐久性能都已满足工程要求。最后基于已有的混凝土损伤力学理论,考虑钢纤维在煤矸石混凝土单轴受压过程中的作用,以及冻融损伤对钢纤维煤矸石混凝土力学性能的影响,提出了具有较高精度的钢纤维煤矸石混凝土单轴受压本构关系,这为煤矸石混凝土抗冻性能的进一步研究提供了参考,也对其推广应用过程中的实际工程的结构计算有一定参考价值。     

冻融和疲劳作用下约束混凝土抗压性能试验

为研究疲劳荷载与冻融循环作用下箍筋约束混凝土的单轴抗压性能,对历经不同冻融循环次数与疲劳加载次数下的约束混凝土试件进行单轴受压破坏试验,得到了其应力-应变全曲线,分析了其抗压强度、峰值应变与弹性模量的变化规律,并与经受冻融循环作用与疲劳荷载作用的素混凝土的无量纲化应力-应变全曲线作对比,探讨了箍筋对混凝土的约束效应。结果表明:约束混凝土的抗压强度与弹性模量随疲劳加载次数与冻融循环次数的增加而不断降低;峰值应变则在冻融0～100次期间增大较快,冻融100～200次期间变缓,冻融200～300次期间再次加快;冻融循环作用和疲劳荷载作用一定程度上削弱了箍筋的效果,但经受冻融循环作用与疲劳荷载作用后的约束混凝土,箍筋的约束效果仍较为明显。     

干湿循环和冻融循环作用下硫酸钠腐蚀对混凝土应力-应变曲线的影响

为研究硫酸钠物理结晶对冻融循环后混凝土受压应力-应变关系的影响,采用硫酸钠干湿循环和冻融循环的加速腐蚀方法,对受硫酸钠物理结晶-冻融循环复合作用下的混凝土进行单轴受压试验,得到了硫酸钠物理结晶后冻融循环复合作用下混凝土的破坏特征和应力-应变曲线,分析了不同冻融循环次数下混凝土的峰值应力、峰值应变和弹性模量的变化规律.试...     

考虑冻融作用的混凝土单轴压缩损伤本构模型

为研究冻融循环作用后混凝土的应力-应变行为及其在冻融作用后的持荷性能,对比研究同为C40强度等级的普通混凝土(NC)与自密实混凝土(SCC)经受冻融作用后的单轴压缩应力-应变关系,并进一步基于应变等价性假说和统计损伤理论建立冻融循环作用后混凝土单轴压缩损伤本构模型,探讨相应损伤变量随冻融循环作用次数和单轴压缩应变发展的演变特性。研究结果表明:所建立的损伤本构模型可较好地描述冻融循环作用后NC和SCC在单轴压缩荷载下的应力-应变关系;在单轴压缩过程中,冻融循环产生的微裂纹闭合导致损伤变量增长速率下降;NC与SCC的冻融损伤变量随冻融次数变化的规律均可用指数函数进行预测;掺入膨胀剂和黏度改性材料可以有效降低SCC的冻融损伤速率。     

水泥砂浆冻融循环后单轴抗压强度试验研究

水泥砂浆在使用过程中经常会受到冻融循环的影响。本文通过模拟试验的方法,探讨了不同水灰比水泥砂浆在不同冻融循环次数下的单轴抗压强度和应力应变关系：试验结果表明,随冻融循环次数的增加,水泥砂浆应力应变关系曲线逐渐扁平,峰值应力点明显下降和右移,表明抗压强度降低,峰值应力点的应变成倍地增大。同时,本文得出了冻融循环腐蚀下水泥砂浆抗压强度随冻融次数变化的近似计算模型,对水泥砂浆在复杂环境中的应用有重要的参考价值。     

冻融循环作用下混凝土的受拉本构特征

为了得出冻融循环作用下混凝土受拉应力-应变关系曲线上升段方程,对经过0,25,50,75,100,125次冻融循环的4个不同强度等级的普通混凝土抗拉试块进行了试验研究,结合现有普通混凝土受拉本构关系,建立了冻融循环次数、混凝土等级与混凝土受拉本构特征的关系.试验结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土的受拉应力-应变关系...     

冻融循环条件下灰岩物理力学性能试验

为研究灰岩在不同冻融循环条件下物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 kN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明:随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,进一步增加冻融循环次数,岩样塑性特征越来越明显,脆性特征逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

冻融循环条件下灰岩力学性能试验研究

为研究灰岩在不同冻融循环条件下岩石物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 KN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明：随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,随着冻融次数的继续增加,塑性特征逐渐明显,岩样脆性逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

本文基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果，通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正，建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型，以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型，考虑损伤因子的影响，较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大，混凝土最大受压损伤因子逐渐增大，损伤范围也逐渐扩大；最大主拉应力逐渐减小，中部压应力逐渐增大，等效塑性应变逐渐增大，混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态，可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

冻融环境下混凝土双向受压强度与变形特性试验研究

对普通混凝土经冻融后在双向压荷载作用下的变形和强度特性进行了试验研究.试件尺寸为100mm×100mm×100mm.试验过程中测得了混凝土在常态和经过25次、50次、75次冻融循环后在双向受压下的应力-应变关系曲线和双轴强度,分析了主压应力σ3及其对应的应变随冻融循环次数的变化规律,以及在冻融作用后混凝土的二轴强度、应力-应变关系,最大应力处的应力、应变和弹性模量随主压应力比的变化规律,观察了试件的破坏形态,建立了相应的破坏准则.发现普通混凝土经冻融后在双轴压荷载作用下的强度和弹性模量随着冻融循环次数的增加而降低,应变随着冻融循环次数的增加而增大;强度、应变和弹性模量随着主应力比α值的不同而变化的规律及其破坏形态均与常态混凝土基本相同.     

泡粒混凝土的力学性能与本构关系

考虑聚苯颗粒体积比及湿密度等级两个影响因素,配制了共计25组不同配比的泡粒混凝土.研究了加载速率对泡粒混凝土应力-应变曲线的影响情况,结果表明其应变率效应不明显;并研究了不同聚苯颗粒含量以及不同湿密度等级对泡粒混凝土的应力-应变曲线的影响情况,结果表明此材料的密度以及聚苯颗粒含量对其力学性能影响均很大,并表现出不同的规律性.通过对其弹性模量、压溃应力、压溃应变等参数的分析,结合试验结果,建立了该材料的单轴压缩唯象本构模型,通过试验结果与预测结果的比较,唯象本构模型与试验结果吻合较好.     

承压破碎煤矸石力学性能研究

为了研究煤矸石作为路基填筑材料时的力学性能,进行了标准煤矸石的单轴压缩试验、变角剪切试验和劈裂试验,以及破碎煤矸石的压实试验。测试得到了煤矸石的抗压强度、内聚力、内摩擦角和抗拉强度等基本力学性能指标,还得到了5种Talbol幂指数下,承压破碎煤矸石的应力-应变曲线。研究表明:(1)煤矸石的拉压性能差别较大,抗拉强度是抗压强度的8倍;(2)破碎煤矸石压实过程中,应力呈先缓慢增大后快速增大的变化规律;(3)随着Talbol幂指数的减小,低应力水平时试样的变形量较大,高应力水平时试样的变形量较小。研究结果可为煤矸石作为路基填筑材料的推广应用提供试验依据和理论参考。     

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.     

负载下碳纤维布约束混凝土圆柱轴压应力-应变关系试验研究

通过32个碳纤维布约束混凝土圆柱的轴压试验,研究了圆柱在不同的负载水平、混凝土强度和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析.试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果有明显影响.随着负载水平的提高,第2阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应.在已有未负荷状态下碳纤维布约束混凝土的相关研究成果的基础上,根据试验结果,首次提出了考虑负载影响的第2阶段刚度、侧向膨胀系数、峰值点应力和应变的计算公式,并提出了考虑负载影响的碳纤维布约束混凝土圆柱的应力-应变关系计算模型.     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.     

沙漠砂混凝土轴心受压应力-应变曲线试验分析

为探究单一变量下沙漠砂混凝土应力-应变全曲线,分别设计4组不同沙漠砂取代率的棱柱体混凝土试块,进行单轴受压试验,分析沙漠砂混凝土破坏现象、破坏过程以及破坏特征,并研究不同沙漠砂取代率对沙漠砂混凝土峰值应变、极限应变、弹性模量的影响.研究结果显示:沙漠砂混凝土与普通混凝土相比,其破坏特征具有一定的差异性;取代率为20％时沙漠砂混凝土其轴心受压强度达到最高,且胶凝材料对沙漠砂包裹效果较为明显;沙漠砂混凝土脆性明显高于普通混凝土;沙漠砂混凝土无量纲应力-应变曲线上升段、下升段均采用过镇海模型较为贴合,且能准确描述沙漠砂混凝土在单轴受压作用下的变形特征.     

活性粉末钢纤维混凝土受压应力-应变全曲线的研究

采用普通压力试验机附加刚性辅助架的方法对活性粉末混凝土进行了单轴压缩试验,分析和研究了不同水胶比和钢纤维掺量下的应力-应变全曲线的特征.通过对不同曲线进行比较,给出了活性粉末混凝土棱柱体抗压强度、峰值应变、弹性模量、受压韧性指数与钢纤维掺量和水胶比的关系,并在试验分析的基础上建立起RPC受压应力-应变全曲线的数学表达式.     

三轴加载状态下轻骨料混凝土的变形特性

利用自制的混凝土三轴试验系统，通过１２７块试件，对国内尚未研究，国外也较少开展的轻骨料混凝土在常规三轴及真三轴状态下（包括两轴拉及三轴拦状态下）的变形特性进行了试验研究；分析了应力－应变关系的特点，并与普通混凝土三轴状态下的特性进行了比较，发现了轻骨料混凝土在三向高压应力比下其应力－应变曲线具有明显的平台流塑特性；讨论了中间应力对值应变的影响以及轻骨料混凝土体积应变规律，为建立轻骨料混凝土的本构关     

加卸载下原煤力学特性及渗透演化规律

基于自主研发的煤岩热流固耦合试验系统,在考虑实际开采方式的条件下,进行轴压升高和围压降低的加卸载试验,分析研究不同加卸载速率下原煤的力学特性和渗透演化规律.结果表明:加卸载过程中,轴向应力的加载速率越大,峰值应力附近的曲线平台越长,峰值应力、轴向应变和环向应变也越大,体应变则越小.不同加卸载速率比下含瓦斯煤变形模量均先迅速减小后缓慢减小,到破坏时再迅速降低,而后逐渐保持稳定趋势;在相同轴向应变时,加卸载速率比越小,煤样的变形模量越大.加卸载过程中,煤样的偏应力、渗透率与应变的关系可分为三个阶段:初始压密与弹性阶段、屈服破坏阶段和破坏后阶段.加卸载速率比越小,煤样达到峰值应力时,含瓦斯煤的渗透率和体积变形越大.