高温后混凝土双K断裂模型及其权函数计算法

基于双K(开裂韧度和失稳韧度)断裂模型,研究高温后混凝土断裂性能.使用最高温度为600 ℃的10组楔入劈拉试件测量荷载裂缝张开口位移曲线,计算混凝土的双K断裂韧度.根据权函数法,计算了基于Petersson黏聚应力软化曲线的黏聚断裂韧度值,并与黏聚断裂韧度的积分解析计算结果进行对比,两类计算结果吻合较好,论证了双K断裂模型对高温后混凝土的适用性.     

高温后轻质多孔混凝土力学性能试验

通过高温后轻质加气混凝土的力学性能试验,测得了抗压强度、弹性模量和峰值应变与温度的关系.试验表明:高温后轻质加气混凝土的抗压强度在100℃时略微提高,到300℃时逐渐下降,超过300℃时,强度变化不明显;在100℃以内,弹性模量基本保持不变,超过100℃后,弹性模量不断减小,与温度成线性关系;随着温度的升高,峰值应变逐渐增大,呈直线上升趋势.最后分析了不同温度下的应力-应变曲线,提出了高温后轻质加气混凝土的本构模型.     

高温后混凝土断裂韧度及其权函数计算法

基于双K(开裂韧度和失稳韧度)断裂模型,研究高温后混凝土断裂性能.使用最高温度为600℃的10组楔入劈拉试件测量荷载-裂缝张开口位移曲线,计算混凝土的双K断裂韧度.根据权函数法,计算了基于Petersson黏聚应力软化曲线的黏聚断裂韧度值,并与黏聚断裂韧度的积分解析计算结果进行对比,两类计算结果吻合较好,论证了双K断裂模型对高温后混凝土的适用性.     

高温后混凝土的裂缝张开位移

进行了高温后混凝土楔入劈拉法断裂试验,研究裂缝扩展全过程中裂缝口张开位移与裂缝尖端张开位移之间的关系.根据裂缝口张开位移-裂缝尖端张开位移曲线判断起裂荷载,并与采用荷载-裂缝口张开位移判断的起裂荷载进行比较,两者能较好吻合.采用两参数和铰链模型由实测裂缝口张开位移值计算裂缝尖端张开位移,并与试验尖端张开位移值进行比较,发现两参数模型更为准确.确定高温后混凝土楔入劈拉试件裂缝尖端张开位移与裂缝扩展长度的关系,两者呈指数关系.     

高温下植筋黏结—滑移性能试验研究

为了研究高温下植筋的黏结—滑移性能,进行了高温下3 d植筋试件的拉拔试验.试验采用电炉加热升温,温度范围为25～350℃.当植筋试件加热到达设定温度后,立即进行拉拔试验,每个温度下进行5组试验.试验中量测了植筋试件的温度、拉拔力和滑移.根据试验结果拟合出了极限黏结力,峰值滑移随温度变化的公式.建立了高温下植筋黏结—滑移模型和高温下植筋本构关系模型.试验结果表明,当温度高于350℃后,植筋胶黏结力约为常温下4%,基本丧失承载力.     

高温后方钢管高强混凝土轴压短柱试验研究

为了研究高温后方钢管高强混凝土短柱的受力性能,以温度及混凝土强度为变化参数,设计了15个试件进行高温后的静力加载试验,观察了高温后试件的外观变化和破坏形态,分析了其荷载—轴向位移曲线,研究了各个参数对高温后方钢管高强混凝土短柱的力学性能的影响,并探讨了引入材料强度折减系数后已有规范对构件承载力计算的可行性。研究结果表明:高温后方钢管高强混凝土轴压短柱破坏模式为剪切破坏和腰鼓破坏两种,温度低时倾向于发生剪切破坏,温度较高时易发生腰鼓破坏;温度在400℃以下时试件的承载力和轴压刚度变化不大,超过400℃时承载力和轴压刚度迅速降低,温度从常温升至200℃、400℃、600℃、800℃时,试件承载力分别为常温试件的101%、105%、76%、54%,其轴压刚度分别为常温试件的97%、96%、62%、51%;极限承载力随混凝土强度等级的提高而增大,混凝土等级从C60提高至C70及C80时,平均极限承载力分别提高7%和12%。延性系数随温度的升高经历先减小后增大的变化过程,温度为400℃时延性系为常温试件的92%,800℃时为123%,混凝土强度对试件的延性系数影响并无明显规律。引入折减系数后我国规程DBJ 13-51-2003及日本规程AIJ(1997)的计算值与试验值吻合较好。     

高温后混凝土断裂韧度阻力曲线的权函数求解

基于虚拟裂缝黏聚应力分布,采用解析法与权函数法,对高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线进行求解.试验采用楔入劈拉法,设置20~600℃共10组温度.混凝土断裂全过程划分为四个部分,裂缝黏聚应力按照Petersson及CEB-FIP Model 1990两类双线性软化本构曲线分布.结果表明:断裂韧度阻力曲线随裂缝扩展长度的增加而增长,但随温度的上升呈下降趋势;解析法与权函数法计算结果吻合较好;软化本构曲线对断裂韧度阻力曲线的形状有明显影响.     

高温中胶合木构件胶缝界面剪切断裂能研究

在氮气保护、温度为20～250℃条件下,开展了120个杨木、花旗松和落叶松-间苯二酚-酚醛树脂(PRF)胶缝界面剪切断裂能试验研究.结果表明:界面剪切断裂能随着温度的升高而降低;当温度为150℃时,由于PRF胶黏剂进一步固化,因此木材-胶黏剂胶缝界面性能提高;当温度高于150℃时,密度较低的杨木和花旗松-PRF胶缝界面断裂能试件的破坏位移下降明显,密度较高的落叶松-PRF胶缝界面断裂能试件的破坏位移相对稳定;20℃时杨木、花旗松和落叶松-PRF胶缝界面的剪切断裂能分别为4.68,5.05,5.37 N·mm-1,100℃时胶缝界面裂缝尖端塑性变形增加,剪切断裂能较初始值分别增加7.2%,6.6%和14.8%,250℃时界面剪切断裂能分别降至0.44,0.46,1.63 N·mm-1.     

高温后圆与方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能对比分析

为了研究不同截面形式钢管高强混凝土高温后的轴压力学性能差异,进行了30个试件的高温后轴压性能试验,考虑了圆和方两种截面形式、不同经历温度和混凝土强度等级3个变化参数。观察了试件高温前后的外观变化,对比了圆钢管和方钢管试件的质量烧失率,讨论了其荷载—轴向位移曲线,对比分析了圆和方钢管两类试件的峰值荷载、峰值位移、轴压刚度、延性系数及耗能能力等性能差异。结果表明:随着历经温度和混凝土强度等级的增加,两种钢管高强混凝土试件的峰值荷载、峰值位移、刚度、位移延性和能量耗散变化规律大体一致,圆钢管高强混凝土试件受温度及混凝土强度等级变化的影响程度较方钢管高强混凝土试件大。     

混凝土梁的断裂能及其尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂性能及试件尺寸对其断裂能的影响,对含有预制切口的混凝土试件梁进行三点弯曲试验。试验采用线性位移传感器(Linear Variable Differential Transformers,LVDTs)测量试件梁跨中挠度δ,利用荷载-挠度曲线(P-δ)计算其断裂能。试验结果表明:同种尺寸试件梁的P-δ曲线会表现一定的差异性,但总体比较接近;不同尺寸试件梁的P-δ曲线性质相似,但是试件尺寸越大,P-δ曲线峰值越高。此外,混凝土断裂能表现出一定的尺寸效应,试件尺寸越大,断裂能越高。     

温度、粗糙度对混凝土桥面沥青铺装层层间拉拔强度的耦合作用

为研究温度与粗糙度对混凝土桥面沥青铺装层层间拉拔强度的耦合作用,首先制备了不同粗糙度的混凝土试件,测定其摩擦因数、构造深度与灰度值;然后在混凝土试件表面涂刷SBS改性沥青作为黏结层,同沥青混合料制成车辙板,并进行钻芯取样,将车辙板芯样在不同温度下进行保温后,进行拉拔试验得到其拉拔强度;最后利用主成分分析法将摩擦因数、构造深度、灰度值转化为粗糙度综合指数,对层间拉拔强度与粗糙度综合指数进行线性拟合。研究结果表明:当温度为[20℃,28℃]时,温度每升高1℃引起的层间拉拔强度变化,相当于温度保持不变,下降一个粗糙度当量值引起的拉拔强度变化;同时在这一温度范围内,温度对层间拉拔强度的影响程度明显大于粗糙度,当温度为20℃、23℃、25℃、28℃时,层间拉拔强度与粗糙度之间的相关系数以及粗糙度对层间拉拔强度的影响程度总体高于其他试验温度;当温度升高至30℃时,层间拉拔强度与粗糙度的相关系数比28℃时下降了62.2%,拟合方程的斜率比28℃时下降了58.2%,二者线性相关性明显减弱,粗糙度对拉拔强度的影响程度显著降低;当温度超过30℃时,层间拉拔强度与粗糙度之间的线性相关性极弱,拟合方程斜率接近于0,粗糙度的改变几乎不影响层间拉拔强度。     

角钢混凝土柱延性与抗震措施

针对目前的规范或规程均尚未明确给出角钢混凝土柱的抗震构造措施这一问题,基于9根剪跨比为3、采用钢板箍的角钢混凝土柱拟静力试验获得的骨架曲线,采用能量等效法计算了试验柱的位移延性系数.结果表明,轴压比不变的试件,随钢板箍配箍率的增加,位移延性系数增大;钢板箍配箍率不变的试件,随轴压比的增加,位移延性系数减小;最后给出角钢混凝土柱抗震构造措施,为采用该类柱的结构设计提供依据.     

高强高性能细粒混凝土断裂特性研究

纤维编织网增强混凝土（textile reinforced concrete,TRC）结构薄壁轻质,具有良好的耐久性、限裂性、定向增强性．而作为TRC基体的细粒混凝土,其基本断裂参数和力学特性不同于普通混凝土,需要重新确定．为此,采用带切口的不同尺寸的三点弯曲梁研究了其断裂特性．试验结果表明：断裂过程中细粒混凝土达到失稳破坏前也要经历一个裂缝稳定发展的过程,其失稳断裂韧度基本保持不变,但起裂韧度随试件尺寸的增大而减小;对荷载一位移曲线的尾部进行修正后,得到的断裂能几乎没有尺寸效应,可作为一个材料常数．     

玄武岩织物增强碱激发砂浆高温后抗弯力学性能

对高温处理后的玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件进行了三点弯曲试验,并探讨了环氧涂层、基体类型、织物层数对玄武岩织物增强试件耐高温性能的影响.试验结果表明:随着温度升高,由于基体和玄武岩纤维的劣化,玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件抗弯承载力近乎呈线性下降,并且破坏模式由多重开裂转变为单一裂缝破坏;经800℃高温处理1 h后,试件的残留抗弯强度仅为1.67 MPa.改性环氧树脂浸渍在600℃以下对抗弯强度有增强作用,超过600℃时,随着环氧树脂的挥发和界面黏结性能下降,环氧浸渍试件的抗弯强度会大幅下降.相比玄武岩织物增强硅酸盐水泥砂浆试件,碱激发砂浆试件表现出更好的耐高温性能,在400℃及以上高温情况下,抗弯强度的降幅更小.织物层数在一定程度上能提高试件高温后的力学性能,但提高作用随温度升高逐渐减弱,当温度到600℃时,增加织物层数对涂覆处理后试件的抗弯承载力几乎没有影响.     

混凝土楔入劈拉试件双K断裂参数叠加计算及其边界效应

采用楔入劈拉试件几何形式,进行了最大尺寸为1 200 mm×1 200 mm×200 mm混凝土断裂试验.根据试验获得的荷载张开口位移关系曲线,在线性渐近叠加假定的基础上,利用应力强度因子叠加原理计算了双K断裂参数,考虑了当楔形力的竖向分量、自重和支承反力三者不共线时,竖向分量和自重对裂缝尖端应力强度因子的贡献.试验结果表明,当试件高度大于600 mm时,测定的双K断裂参数是与尺寸无关的常数值;当试件高度低于600mm时,测定的双K断裂参数存在尺寸效应.采用边界效应模型分析发现,其尺寸效应与边界对断裂过程区发展的约束作用相关,试件的高度越小,边界的约束作用越强,测定的断裂韧度越小.经边界效应模型修正后,可得到与尺寸无关的常数值.     

BFRP约束混凝土柱高温后承载力试验

进行了玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)约束混凝土柱高温后的承载力试验,结果表明:当炉内温度低于200℃时,试件均表现为纤维布的拉断破坏,同时混凝土被压碎;当炉内温度为375℃时,因大部分环氧树脂胶已挥发,使试件出现了环氧树脂胶与混凝土的黏结破坏;BFRP约束混凝土柱承载力随试件表面温度的升高而逐渐降低。该研究成果可为高温后BFRP加固混凝土结构的安全评估提供参考。     

角钢混凝土柱延性与抗震措施

针对目前的规范或规程均尚未明确给出角钢混凝土柱的抗震构造措施这一问题,本文基于9根剪跨比为3、采用钢板箍的角钢混凝土柱拟静力试验获得的骨架曲线,采用能量等效法计算了试验柱的位移延性系数,结果表明,轴压比不变的试件,随钢板箍配箍率的增加,位移延性系数越大;钢板箍配箍率不变的试件,随轴压比的增加,位移延性系数越小;最后给出角钢混凝土柱抗震构造措施,为采用该类柱的结构设计提供依据。     

高温作用后混凝土抗拉强度的影响分析

对62组混凝土标准立方体试块进行劈裂抗拉强度试验,考察受火温度、冷却方式、养护龄期及静置时间对高温作用后混凝土劈裂断面形态和抗拉强度的影响规律,并针对不同情况建议了高温作用后混凝土抗拉强度的计算式.结果表明:受火温度对高温作用后混凝土劈裂断面的破坏形态和抗拉强度影响很大.当受火温度在300℃以内时,劈裂断面较为平整;随着受火温度的提高,劈裂断面越来越粗糙,当受火温度超过600℃时,劈裂断面主要经过硬化水泥浆,断面处粗骨料未发生破坏.喷水冷却后,高温作用后混凝土的抗拉强度总体上比自然冷却后的低.养护龄期越短,高温作用后混凝土的抗拉强度越低.高温作用后混凝土的抗拉强度总体上随静置时间呈先下降后上升的发展趋势,且当静置时间为28d时,混凝土的抗拉强度最低.     

耐高地温衬砌混凝土力学性能试验研究

从隔热、增强、耐热角度出发设计研制出一种隧道耐高地温衬砌混凝土。通过不同养护温度混凝土抗压试验,分析混凝土抗压强度与养护温度关系。通过实时高温下混凝土单轴压缩试验获得混凝土不同温度条件下应力-应变全曲线,分析其变形破坏特征、力学性能及温度效应机理。结果表明:对照混凝土在前期采用高温(60℃)养护的条件下,相对常规养护其抗压强度明显降低,而耐高地温混凝土强度降幅较小;实时高温下单轴压缩试验表明,常规养护的混凝土具有明显温度效应,峰值强度和弹性模量随温度升高呈下降趋势,耐高地温混凝土具有减轻温度效应特点,同时还具有良好韧性,呈现出延性破坏特征且残余强度较高,具有较理想吸能能力。     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能试验研究

为了研究聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧性的影响，通过对84个尺寸为100 mm × 100 mm × 515 mm的聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石三点弯曲试件断裂试验，测得了试件的断裂能(GF)、裂缝嘴张开位移(CMOD)和裂缝尖端张开位移(CTOD)，并探讨了试验龄期、聚丙烯纤维体积掺量以及水泥掺量对聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能的影响，对聚丙烯纤维水泥稳定碎石的经济性和施工和易性进行了简要分析，给出了聚丙烯纤维体积掺量合适的建议范围为0.6‰ ～ 0.8‰。试验结果表明：聚丙烯纤维的掺入可以明显提高水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移(CMODmax)和极限裂缝尖端张开位移(CTODmax)；随着试验龄期的增长，无论聚丙烯纤维掺入与否，水泥稳定碎石断裂能均呈增大趋势，但聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂能增大的速率较大；随着纤维体积掺量的增加，水泥稳定碎石断裂能、CMODmax和CTODmax逐渐增大，尤其是当纤维体积掺量大于0.6‰时，GF增大的效果更为明显；随水泥掺量的增加，聚丙烯纤维水泥稳定碎石试件的极限荷载逐渐增加，但断裂能却逐渐减小。