煤矸石混凝土冻融损伤本构关系试验研究

通过对冻融后煤矸石混凝土的单轴受压试验,研究了冻融循环次数和煤矸石取代率对煤矸石混凝土力学性能的影响,提出了冻融作用下煤矸石混凝土峰值应力、峰值应变的退化规律,并拟合应力-应变曲线,提出了煤矸石混凝土冻融损伤单轴受压本构关系。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土峰值应力逐渐降低,峰值应变和极限应变逐渐增加,应力-应变曲线趋于扁平,受压早期压实效应尤为明显,弹性模量迅速降低,应力-应变曲线前端部分出现下凹。此本构关系精度较好,对煤矸石混凝土的推广应用和进一步改性研究有一定参考价值。     

超高性能混凝土轴心受拉力学性能试验研究

为了研究钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴心受拉力学性能的影响,设计、制作了纤维掺量为0%~5%的6组8字型单轴受拉试件,标准养护28d后进行单轴拉伸试验,得到了不同纤维掺量UHPC单轴受拉应力-应变全曲线;分析了钢纤维掺量对UHPC抗拉强度、峰值应变以及受拉韧性的影响.试验结果表明:在不影响UHPC工作性能的前提下,纤维掺量可达到5%,其抗拉强度为8.50MPa,对应的应变为1 619με;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的抗拉强度、峰值应变、抗压强度以及受拉韧性均逐渐提高.最后依据试验数据建立了UHPC单轴受拉本构方程.试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考.     

冻融损伤下钢纤维煤矸石混凝土的毛细吸水性能

通过冻融循环试验和毛细吸水试验,开展了冻融损伤对钢纤维煤矸石混凝土(SFRCGC)毛细吸水的影响研究,分析了钢纤维掺量和冻融循环次数对SFRCGC毛细吸水性能的影响,建立了冻融损伤下SFRCGC累积毛细吸水高度预测模型。研究结果表明:不考虑冻融损伤时,与未掺加钢纤维的煤矸石混凝土相比,1.0%钢纤维掺量对SFRCGC的累积毛细吸水质量有明显的减少作用,而1.5%和0.5%钢纤维掺量加大了SFRCGC的吸水质量;考虑冻融损伤时,1.0%钢纤维掺量SFRCGC的吸水质量仅次于0%钢纤维掺量;1.0%钢纤维掺量效果较好。此外,随着冻融损伤的增加SFRCGC的累积毛细吸水高度近似呈线性增加。利用回归分析建立了冻融损伤下SFRCGC的累积毛细吸水高度预测模型,可为SFRCGC抗冻性的进一步研究提供参考。     

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。     

钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土受压细观数值模拟

利用ABAQUS软件建立了钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土三维细观数值模型,对其轴心受压过程进行了数值模拟。通过对比轴心受压试验结果,验证了模型的合理性。在此基础上,拓展分析纤维掺量、长径比等参数对超高性能混凝土受压特性的影响,进一步分析压力作用下纤维增强超高性能混凝土机理。结果表明：随着钢纤维体积掺量增加,超高性能混凝土损伤发展变缓,单轴受压峰值强度略有提高,峰后延性明显增加；钢纤维长径比对超高性能混凝土受压应力-应变曲线的影响较小,但是更长的纤维更好地发挥了阻裂作用；在超高性能混凝土单轴受压过程中,钢纤维在峰值点前主要发挥骨架作用,在峰值点后主要发挥阻裂作用。     

不同粉煤灰掺量混凝土抗冻融性能研究

通过液压伺服试验系统,研究不同粉煤灰掺量下混凝土的抗冻融性能。对不同粉煤灰掺量的混凝土试块分别进行冻融循环试验,并在不同循环次数下对试块进行单轴压缩强度测试及质量变化进行测定,并研究了混凝土的冻融损伤演化方程和冻融损伤本构关系。研究表明：在混凝土中掺入一定的粉煤灰能够改善其抗冻、抗裂性能,且掺有粉煤灰的混凝土的后期强度大于普通混凝土后期强度,实验所得结论为低温环境下混凝土在实际工程中的应用提供了一定的参考价值。     

不同粉煤灰掺量的混凝土抗冻融性能研究

通过液压伺服试验系统,研究不同粉煤灰掺量下混凝土的抗冻融性能.对不同粉煤灰掺量的混凝土试块分别进行冻融循环试验,在不同循环次数下对试块进行单轴压缩强度测试及质量变化测定,并研究了混凝土的冻融损伤演化方程.结果表明,在混凝土中掺入一定量的粉煤灰能够改善其抗冻、抗裂性能,并且掺有粉煤灰的混凝土的后期强度大于普通混凝土后期强度.同时分析了混凝土的冻融损伤本构关系,为今后研究粉煤灰混凝土的冻融寿命提供了试验基础和理论依据.试验所得结论对于低温环境下混凝土在实际工程中的应用具有参考价值.     

钢纤维增强SCLC单轴受压本构关系研究

基于复合材料力学性能的复合定律，将钢纤维增强SCLC的本构模型定义为基准SCLC的应力-应变关系与钢纤维增强效应的加权，建立了一种以应变和钢纤维掺量为自变量的钢纤维增强SCLC本构方程，其中SCLC应力-应变关系曲线上升段和下降段分别采用Weibull分布模型和有理分式拟合试验结果得出，以钢纤维增强系数考虑钢纤维的增强效应.利用有限元软件ABAQUS模拟钢纤维增强SCLC棱柱体单轴受压试验，采用上述本构方程，计算钢纤维增强SCLC损伤模型的损伤因子，分析对比得出有限元模拟结果与试验结果吻合，说明上述本构方程可以较好地描述钢纤维增强SCLC应力-应变关系，为钢纤维增强SCLC结构非线性分析提供理论依据.     

不同钢纤维掺量活性粉末混凝土力学性能的试验研究

通过单轴受压、劈裂抗拉和抗折试验,研究了活性粉末混凝土的基本力学性能(抗压强度、劈拉强度和抗折强度).研究结果表明:钢纤维体积含量1.0％—2.0％之间变化时,活性粉末混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度变化不明显,当钢纤维体积含量超过2.0％后,其抗压强度、劈拉强度和抗折强度均有明显提高.当钢纤维体积含量超过3.5％后,钢纤维掺量对活性粉末混凝土轴心抗压强度和劈拉强度影响不明显,而对抗折强度的提高作用仍然比较明显.根据试验曲线,推导拟合出活性粉末混凝土单轴受压应力-应变曲线方程.     

单轴受压下钢纤维再生骨料混凝土本构模型

通过150mm×150mm×300mm钢纤维再生骨料混凝土棱柱体的单轴受压试验,研究了水胶比、再生骨料取代率和钢纤维体积率等参数对钢纤维再生混凝土轴压应力-应变全曲线的影响,揭示了钢纤维再生混凝土的破坏机理和参数变化对钢纤维再生混凝土单轴受压力学性能影响的规律.结果表明,钢纤维改变了再生混凝土的破坏形态,随着钢纤维体积率增大,试件由劈裂破坏转变为剪切破坏,剪切面与荷载垂线的夹角增大,峰值应力和峰值应变均有一定程度的提高.相同钢纤维体积率下,钢纤维再生混凝土峰值应力受再生骨料取代率变化的影响较小;但是,随着再生骨料取代率的增加,钢纤维再生混凝土峰值应变增大,初始弹性模量减小.与普通混凝土类似,随水胶比的减小,钢纤维再生混凝土应力应变曲线下降段的斜率增大.基于对试验数据的综合分析,建立了考虑再生骨料取代率、钢纤维体积率影响的钢纤维再生混凝土轴压本构模型.     

钢纤维橡胶自密实混凝土静态力学性能研究

钢纤维的桥联作用及其与橡胶颗粒的协同作用可显著改善混凝土性能,而针对钢纤维橡胶自密实混凝土的静态力学性能及其本构关系的研究较少。通过在10%、20%、30%橡胶颗粒掺量的橡胶自密实混凝土中分别外掺体积掺量为0.5%、1.0%、1.5%的钢纤维,制备出钢纤维橡胶自密实混凝土试件,进行棱柱体轴心抗压试验,探讨钢纤维掺量、橡胶颗粒掺量对试件的典型力学特征量的影响,建立钢纤维橡胶自密实混凝土轴心抗压强度的本构关系。结果表明：钢纤维橡胶自密实混凝土试件呈现延性破坏的同时,其完整性也较好;随着橡胶颗粒掺量的提高,试件轴心抗压强度逐渐降低;当钢纤维橡胶自密实混凝土中的橡胶颗粒掺量较高时(20%、30%),钢纤维对橡胶自密实混凝土轴心抗压强度无明显的增强效果;橡胶颗粒的掺入提高了试件的峰值应变,当橡胶颗粒掺量为10%时,达到最大值,增长幅度为10%;不同的钢纤维掺入量对钢纤维橡胶混凝土的峰值应变普遍有增强效果,但没有呈现出明显的规律性;轴心抗压本构关系能反映钢纤维橡胶自密实混凝土力学性能。     

超高性能混凝土单轴受压本构关系

为研究超高性能混凝土的单轴受压本构关系,分析比较了不同文献提出的超高性能混凝土单轴受压本构方程的异同,建议了统一的超高性能混凝土单轴受压本构方程形式.基于超高性能混凝土单轴受压试验数据,拟合得到计算峰值压应变和弹性模量的经验公式,并提出了超高性能混凝土单轴受压应力-应变曲线上升段参数的计算公式.结果表明:采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中提供的本构方程形式计算超高性能混凝土的单轴受压应力-应变关系是可行的;轴心抗压强度在80~150 MPa范围内,当轴心抗压强度相同时,圆柱体试件对应的峰值压应变较棱柱体高5.0×10~(-4)~7.5×10~(-4),且轴心抗压强度越高两者差异越大;所提的峰值压应变、弹性模量计算公式和应力-应变曲线上升段参数计算公式具有较高的准确性和可靠性,可用于超高性能混凝土结构的工程设计.     

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。     

混凝土随机损伤本构关系研究新进展

提出了一类混凝土细观损伤物理模型，用于解释高性能混凝土在本构层次上的细观损伤演化特征，建立了混凝土单轴受拉，单轴受压与双轴拉压组合条件下的随机损伤本构关系模型。利用混凝土单轴受拉破坏全过程的声发射实验数据，引入随机建模理论，确立了细观损伤单元的极限破坏应变随机场分布参数，通过与一批高性能混凝土本构关系试验数据相比较，初步证实了采用随机损伤本构关系反映混凝土受力破坏机理的可行性。     

基于新型损伤变量的多尺度改性混凝土性能分析及评定

考虑普通混凝土在性能上存在的天然缺陷，提出在“纳米-微米-毫米”多个尺度上采用不同级别外掺材料改善混凝土性能的设计理念.基于该理念，选用碳纳米管、碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维、钢纤维和橡胶颗粒设计并完成多组多尺度改性混凝土的单轴压缩试验.结合目前损伤本构的研究不足，从耗能角度提出基于能量法的损伤变量和损伤本构.为综合评估混凝土力学性能，提出考虑混凝土抗压强度的修正损伤变量.分析结果表明：碳纳米管、碳酸钙晶须、PVA纤维和钢纤维的掺入能够有效改善混凝土的力学性能，而橡胶颗粒的掺入会导致混凝土抗压强度大幅降低；与基于Weibull分布的损伤变量和损伤本构相比，基于能量法的损伤变量和损伤本构能更真实反映混凝土的损伤状态和性能特征；采用修正损伤变量对混凝土综合力学性能进行评估得到的结果合理可信.     

混凝土随机损伤本构关系--单轴受压分析

在混凝土受拉随机损伤本构关系研究基础上 ,进一步研究了混凝土单轴受压随机损伤本构关系 .通过考虑混凝土内部各组项的影响 ,建立了混凝土单轴受压损伤机理模型 .通过引入混凝土细观单元受拉破坏应变分布随机场 ,根据混凝土破坏过程的能量守恒原理 ,导出了混凝土受压破坏的随机损伤本构方程 .将导出的理论结果与试验研究进行了对比 ,效果良好 .     

偏高岭土混凝土抗冻性能及寿命预测

通过开展偏高岭土混凝土的力学性能及抗冻性能的试验研究,分析了不同偏高岭土掺量下试件的抗压强度及抗冻性的各项指标的变化规律,并针对内蒙古地区,对不同掺量的偏高岭土混凝土进行了抗冻耐久性寿命预测。试验结果表明,偏高岭土混凝土的抗压强度随着偏高岭土掺量的增加逐渐增大;随着偏高岭土掺量的增加,试件的抗剥落情况得到明显改善,抗冻性逐渐增大;相对抗压强度随着损伤度的增加逐渐降低,一次函数和指数函数较好的拟合了二者之间的关系。以相对动弹模量为变量建立的冻融损伤模型可靠性较高;偏高岭土掺量越高,混凝土的抗冻耐久性预测寿命越长,掺量为15%的偏高岭土混凝土可以考虑在寒冷地区实际工程中应用。     

混凝土单轴受力损伤本构模型

为了建立一种新的单轴受力下混凝土损伤本构模型,应用损伤力学理论,假设混凝土卸载刚度与初始刚度的比值和混凝土卸载后剩余的弹性应变能与总应变能的比值在数值上是一致的,由此将弹性模量损伤和能量损伤结合为一体,通过数值方法可确定混凝土单轴受力损伤变量的具体数值.在已有不同强度等级混凝土单轴受力的应力一应变全曲线统一计算方法的基础上,通过数值积分和拟合回归,建立了单轴应力状态下混凝土损伤演变方程和损伤本构模型.结果表明:该模型可描述混凝土单轴循环加载受力状态下的力学特性,与混凝土单轴受力试验结果吻合较好;该研究成果可望进一步应用于反复加载下混凝土结构非线性有限元分析中.     

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.     

一种新的混凝土受拉本构模型

混凝土单轴受拉应力-应变曲线存在形式多样且不统一.根据等效应变假设和损伤力学基本原理,建立了单轴受拉混凝土的弹塑性本构模型,可导出已有单轴受拉本构关系,并能反映混凝土的刚度退化和卸载后的残余变形;提出一类损伤函数和不可逆变形表达式,利用应力-应变曲线特征条件和优化算法确定模型参数;与已有受拉结果相比较,模型的预测结果良好。