基于细观颗粒元的混凝土弯曲试验模拟与率效应

为研究混凝土动态力学性能、解释混凝土材料动力破坏机理,该文基于颗粒元(PEM)建立细观模型,模拟混凝土动力弯曲试验,并进行率效应研究。数值仿真中以不同加载速率进行弯曲试验,得到混凝土抗弯强度的率相关强度增长系数(DIF),再现了不同应变率下弯曲破坏模式。数值仿真模拟得到的弯曲应力-应变结果和破坏现象与试验吻合良好,证明了数值模型的有效性。通过对破坏过程进行分析,高应变率条件下混凝土梁产生多条裂纹,表现出与低应变率条件完全不同的破坏形式,这是混凝土动强度提高的主要机理。     

体外预应力混凝土简支梁全过程分析

该文在分析体外预应力钢筋与混凝土主梁变形的基础上，通过截面内力平衡方程和变形协调关系，对体外预应力混凝土梁进行了从加载到破坏的全过程分析，得到了极限状态下体外筋的极限应力和混凝土梁的极限抗弯强度。利用该文介绍的计算方法，可以考虑不同的荷载形式、不同的截面形式及不同的普通钢筋用量等因素对主梁极限状态的影响，并能得到中间过程及破坏阶段混凝土、普通钢筋、预应力钢筋的应变和应力。通过该文理论得到的计算结果得到了试验的验证。     

轴压PVC-FRP管混凝土中长柱试验研究

通过10根PVC-FRP管混凝土中长柱轴压性能试验研究,探讨PVC-FRP管混凝土中长柱受力性能以及PVC-FRP管对核心混凝土承载力的提高效果,分析长细比对试件承载力、变形以及破坏形态的影响.试验研究表明:PVC-FRP管混凝土中长柱的受力过程经历弹性阶段、裂缝开展阶段和强化阶段;试件破坏形态表现为中部多条FRP条带被拉断,PVC管被压碎;随着长细比的增加,试件的承载力、轴向极限应变和环向极限应变逐渐减少,轴向极限应变降低的幅度比承载力降低幅度要大.PVC-FRP管混凝土中长柱的应力-应变关系曲线可以分为两个阶段:第一阶段的应力-应变曲线为抛物线,与素混凝土柱基本相似;第二阶段的应力-应变曲线为强化段,不同长细比试件强化段的斜率基本相同,试件破坏前,其应力和应变一直处于增加状态.在试验研究基础上,提出PVC-FRP管混凝土中长柱承载力和轴向极限应变的计算公式,建立PVC-FRP管混凝土中长柱应力-应变关系模型.研究结果为PVC-FRP管混凝土柱的研究和应用提供了参考.     

钢-混凝土组合梁受扭性能的试验及分析

为研究新型外包钢-混凝土组合梁的抗扭性能,完成了2根不同配箍率的组合梁纯扭试验和3根不同弯扭比组合梁复合受扭试验.测得了试件的扭矩-扭率曲线,钢筋扭矩-应变曲线,组合梁U形钢侧面、底面的应变分布及沿板宽方向的混凝土的应变分布.试验结果表明:组合梁扭转变形符合三阶段变形规律,翼板混凝土破坏与普通钢筋混凝土构件受扭破坏相似.在试验基础上,通过受扭性能的弹塑性理论分析以及变角空间桁架模型的极限承载力的分析计算,得到组合梁开裂扭矩以及极限扭矩的计算公式,与试验结果进行对比后发现两者吻合较好.     

混凝土冲击拉伸力学性能及裂纹扩展试验研究和数值模拟

为真实反映混凝土材料劈裂拉伸力学性能,基于应变片法采用分离式霍普金森压杆对混凝土平台巴西圆盘试件进行了劈裂拉伸试验,研究了不同加载角对试件起裂方式及破坏模式的影响,并对试件破坏过程进行了扩展有限元模拟,同时与试验结果进行了对比分析,得到用于测试混凝土拉伸力学性能的最优加载角.基于此得到动态劈拉下3种不同强度混凝土的劈裂拉伸应力-径向应变曲线及抗拉强度、极限应变、拉伸敏感系数等参数的应变率效应.结果表明:20°加载角可以保证圆盘在中心起裂,用于测试混凝土劈裂拉伸性能最为可靠.在高应变率下,混凝土动态力学参数均具有明显的应变率效应,裂纹沿试件受力方向扩展、贯通直至试件沿加载直径方向劈裂为两半,破坏面表现为骨料破坏,与数值模拟结果一致.     

混凝土单轴受压动力全曲线试验研究

采用MTS 815.04岩石力学试验机对混凝土单轴受压动力本构关系进行系统试验研究.考虑五种不同加载速度,在位移和应变率双重控制下,得到动力加载条件下单轴受压应力一应变全曲线.根据试件的破坏特点,讨论动力加载与静载条件下试件破坏形态的区别,分析峰值应力、峰值应变以及弹性模量等力学参数的应变率效应,并与已有试验结果进行对比.结果表明:本次试验得到的结果揭示了混凝土在单轴受压条件下动力加载全过程的非线性性能,为正确理解混凝土在动力加载条件下的破坏机理提供试验依据.     

双钢板混凝土组合墙平面内抗剪性能:理论分析与数值模拟

为了研究核电工程中双钢板混凝土组合墙体平面内受剪机理以及平面内受剪荷载与应变的对应关系,以7个核电工程中平面内受剪双钢板混凝土组合墙体的试验数据为基础,通过对组合墙体受力的合理简化假设,推导出组合墙在不同受力阶段时的荷载公式和应变公式;并进行有限元模拟与之对比.比较结果显示,计算值和有限元值与试验值吻合较好,但计算值的极限荷载略小于试验测得的极限荷载,到达极限荷载时有限元计算的应变值要小于试验测得的应变.进一步分析表明,有限元分析结果能反映极限荷载时混凝土墙体的裂缝方向,栓钉和拉结筋对平面内受剪时极限荷载有一定的影响,而有限元分析中较难准确模拟出组合结构平面受剪时的边界条件.     

GFRP混凝土圆形管柱试验研究

通过对GFRP混凝土圆形管长柱的轴心受压试验研究,分析了荷载—应变关系曲线和破坏形态,GFRP混凝土圆形管柱的泊松比变化规律,GFRP混凝土圆形管柱的受力阶段,以及管柱的整体承载力及变形性能。比较理论分析与试验结果,吻合较好。     

确定土体破坏准则的一个新方法

为了完全解决理论上和工程应用中土体破坏准则的合理选用问题,总结了国内外106种土体在平面应变和常规三轴试验下摩擦角的试验结果,发现结果具有明显的规律性。同时,这些试验结果所体现出的规律与统一强度理论和统一滑移线场理论得出的理论结果高度吻合。根据这一发现,建立了破坏准则与平面应变、常规三轴试验条件下材料的强度参数之间的定量关系,由此提出了一个确定土体破坏准则的新方法。该准则具有简单的线性表达式,只需要用平面应变试验和常规三轴试验得到的摩擦角差值即可构建,便于工程应用。该研究结果也可推广应用于岩石材料、混凝土材料、工程塑料以及拉压强度不等的其他材料,更复杂的结果有待进一步验证。     

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.     

基于库伦理论的桥面混凝土动态力学特性分析

在桥面水泥混凝土铺装层病害日益增加的背景下,为了分析在车辆动荷载作用下桥面水泥混凝土的力学性能,改善桥面铺装层使用效果,基于Coulomb理论的剪切破坏条件,通过室内试验制作圆柱水泥混凝土试块,采用SHPB试验装置对试块施加不同的冲击荷载,研究不同强度水泥混凝土试块的破坏形态、动态抗压强度和应力应变特征。结果表明：冲击荷载引起的水泥混凝土试块由块状失效破坏到粉碎状失效破坏;冲击荷载能够增强混凝土的抗压强度,对强度较低的水泥混凝土增强效果更明显,且动态抗压强度增强率最高为143.7%;在动态力学作用下水泥混凝土应力应变曲线也呈现四个阶段,随着应变的增加水泥混凝土应力应变曲线斜率变小,从应变硬化转变为应变软化特性。对水泥混凝土动荷载作用下的物理力学特征分析能为工程桥面水泥混凝土铺装层强度提高和性能改善提供一定参考价值。     

锈蚀RC梁承载力退化试验

设计了12片3种不同保护层厚度的RC梁,在氯盐环境下对其进行通电加速腐蚀,进而对不同锈蚀程度的RC梁进行承载力试验。研究发现：1保护层厚度为25 mm的试验梁均呈现出了典型的脆性破坏,而保护层厚度较大的试验梁均有明显的屈服点,为延性破坏;2锈蚀率较大的试验梁侧面混凝土应变表现出很强的非线性,不再符合平截面假定;3试验梁有效截面尺寸及纵筋的锈蚀程度会随着保护层厚度的改变而发生变化,抗弯能力会随着纵筋锈蚀率的增大而逐渐减小,在两者的相互作用下试验梁出现了不同的破坏模式。最后,将理论极限承载力与试验结果对比分析,进一步讨论了锈蚀率对锈蚀RC梁承载力退化的影响规律。     

拉压平面应变状态下混凝土的强度准则

对砼坝中经常遇到的、而国内外研究较少的在平面应变状态下砼的变形和强度进行了试验研究．试验内容不仅包括压压状态，而且包括了试验难度大、但对设计起控制作用的拉压状态．给出了应力－应变关系曲线，并比较了平面应变状态砼在两侧向拉压与压压受力情况的变形和强度的差异．在分析试验资料的基础上，建立了以应力和应变表述的砼在平面应变状态下的强度准则     

平面载荷作用下小型砼空心砌块砌体的破坏机理

在平面荷载作用下,小型砼空心砌块砌体的破坏分为三个简单模式:砌体内的灰缝滑移,砌块和灰缝开裂,以及砌体沿中面散裂·对每一种破坏模式提出了一相应的破坏准则,并且滑移与摩擦有关,表明了抗剪强度与正应力之间存在非线性关系,修正了MohrCoulomb本构关系;还说明了开裂与最大拉应变有关,散裂与最大压应力有关,并阐述了砌块砌体的破坏机理·     

激光拼焊板破裂判据的建立及成形极限预测

为准确判断差厚高强钢激光拼焊板何时、何处发生破裂,在失效行为研究的基础上建立一种新的破裂判据.该破裂判据为:在建立拼焊板左半边成形极限图时,凸模载荷达到最大值时拼焊板发生破裂;在建立拼焊板右半边成形极限图时,拼焊板应变路径向平面应变状态漂移时破裂发生.基于该破裂判据,结合对高强钢拼焊板成形极限试验的仿真,建立其成形极限图.预测结果与试验数据吻合较好,验证了拼焊板破裂判据的正确性和有效性.基于建立的破裂判据,结合对拼焊板成形极限试验的有限元仿真,能够准确、快速获得差厚高强钢激光拼焊板的成形极限图.     

型钢高强混凝土T形短肢墙承载力试验研究

型钢高强混凝土短肢剪力墙较普通钢筋混凝土短肢剪力墙具有承载力高、延性好等优点。为了研究型钢高强混凝土T形截面短肢剪力墙的正截面受力性能及不同型钢骨架形式对其性能的影响,本文通过对两个含实腹式型钢骨架和一个含桁架式型钢骨架的型钢高强混凝土T形截面短肢剪力墙试件进行正截面偏心压力作用下的试验研究,以揭示该类构件的工作机理、破坏形态和极限承载力。试验研究表明:型钢高强混凝土T形截面短肢剪力墙的破坏过程与普通短肢剪力墙相似,横截面的平均应变基本符合平截面假定,型钢与混凝土能够保持协同工作,两种配钢形式的构件受力性能差别不大。     

钢筋混凝土柱壳的非线性分析

混凝土受拉开裂及多向压力作用下混凝土的非线性应力－应变关系是产生钢筋混凝土结构非线性反应的两个主要原因，据此建立混凝土破坏的一般准则，用这些准则建立非线性有限元分析的应力－应变增量关系，对于钢筋混凝土构件的有限元分析，文中介绍的方法可以直接考虑钢筋的作用，钢筋和混凝土两种不同材料的应力－应变关系可以分别考虑，便于有限元计算程序的编制。     

弯应力作用下混凝土结构水力劈裂试验研究

混凝土重力坝坝踵在运行期间易出现拉应力,是坝体的薄弱区域。为研究该区域的水力劈裂问题,采用四点弯曲弯矩+高水压的联合施载方式,模拟混凝土重力坝坝踵受拉状态下的水力劈裂破坏过程。基于不同弯矩与水压值组合,研究坝踵因施工应力出现初始裂缝情况下的水力劈裂问题。结果表明,裂缝发展过程中,混凝土试件的应变可分为线性段及指数段,当应变进入指数段时,试样临近破坏;较小的荷载增量即会打破稳态,促使裂缝失稳扩展;劈裂水压与拉应力存在叠加效应,若最值作用位置相同,裂缝尖端应力集中现象明显,易引起水力劈裂破坏,若作用位置不同,则受拉截面应变分布较均匀,较大限度地发挥了混凝土受拉截面的抗劈拉能力,减弱了水力劈裂作用。     

冻融作用对环氧沥青混凝土复合梁抗裂性能的影响

在中国北方季节性冰冻地区,反复的冻融作用对环氧沥青混凝土的抗裂性能影响较大。本文分别对7组环氧沥青混凝土试件进行0到30次冻融作用,研究了冻融作用对弯曲劲度模量及复合梁平面应变断裂韧度（KIC）的影响,分析了不同冻融重复作用下带裂缝的复合梁发生裂缝扩展时的横向应力应变响应和层间粘结状况。研究结果表明:弯曲劲度模量随冻融循环作用的升高而降低;复合梁平面应变断裂韧度（KIC）、裂缝尖端最大横向拉应力/应变随着冻融重复作用的增加先降低后增高;不同冻融重复作用下带裂缝复合梁断裂不会发生在环氧沥青粘结层。     

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.