混凝土压缩时初始损伤及损伤演变的试验研究

混凝土在浇筑时会产生空隙和微裂纹 ,形成初始损伤 ,但其定量十分困难。文章通过试验的方法在 5组同一种混凝土试块中掺入不同数量的引气剂模拟初始损伤 ,通过单轴压缩试验 ,测出了该种混凝土的初始损伤值及理想无损弹模 ,并分析了试块在达到强度极限前的损伤演变规律。试验结果表明 ,当荷载小于试块最大承载力的 40 %～ 5 0 %时 ,损伤并不发展 ,其后才有所发展并逐渐增大。     

结构初始损伤识别的随机弹性模量

为进一步借助环境激励条件识别结构损伤,导出了求解未损伤结构与损伤结构随机弹性模量的方程.该方法从特征值问题出发,视泊松比参数、弹性模量参数分别为常量与随机变量,并结合结构的有限单元模型以及实测数据.通过引入结构单元损伤因子,对结构的初始损伤进行识别.该方法既可精确评价结构的初始损伤程度,也可初步估计初始损伤的位置,为结构损伤自动识别技术的实际工程应用提供了理论基础.     

大体积混凝土结构温度荷载下的细观损伤分析

从细观力学和断裂力学的角度分析了混凝土材料中骨料和水泥砂浆界面上变温引起的开裂损伤,给出了裂缝随温度变化的扩展规律,将损伤变量表达为温度的函数,从而为计算大体积混凝土结构施工基由于变温而造成的损伤提供了理论基础,研究结果表明常温下的变温荷载亦会引起混凝土材料力学性能的变化。     

混凝土单轴拉伸损伤试验研究

在几组混凝土试件中,采用掺入不同量的引气剂的试验方法,人为地制造随机的细微空隙,以模拟不同程度的损伤,通过测定几组不同损伤程度混凝土试件的弹性模量和绘制试件受力变形曲线,计算了单轴拉伸情形下的初始损伤和峰值应力所对应的损伤。与前人所做的压缩损伤试验比较,探讨了混凝土材料拉伸与压缩时损伤的区别及相同应变水平下拉伸损伤与压缩损伤的关系,并利用指数函数损伤模型推算了混凝土临界损伤。     

不同初始孔隙率混凝土的声发射试验及损伤分形特征分析

为探索混凝土声发射信号特征参数与其损伤的演化关系,对单轴多级循环加载条件下的不同初始孔隙率混凝土试件进行了声发射试验.引入活跃系数对声发射现象发生的活跃程度进行表述,提出基于声发射能量评价混凝土服役状态的方法,分形理论分析了混凝土破坏过程中声发射能量分形维数（关联维数）的演化特征.结果表明:不同初始孔隙率混凝土试块声发射能量和声发射能量关联维数随加载进程的变化趋势基本相同,失稳破坏的临界位置相当.在混凝土破坏过程中,当声发射能量峰值下降后再次激增、能量均值超过100 m V· ms且活跃系数在20~70范围内连续放缓的现象出现时,预示混凝土材料的破坏.声发射能量关联维数随加载进程下降表明出现损伤,持续下降后并呈水平趋势,标志混凝土结构临近极限承载力.      

环氧树脂基混凝土细观结构数值模拟与性能分析

在细观层次上对新型桥面铺装材料环氧树脂基混凝土进行了研究,将其看作由骨料和环氧树脂基体二相介质组成的复合材料,应用蒙特卡罗方法模拟出材料的二维多边形骨料分布的几何模型;并于Ansys/Ls-Dyna与Hyper Mesh平台上进行数值模拟。根据试验的级配建立了相似的数值模型,进行了准静态压缩显式分析,得到了材料的弹性模量以及压缩强度。将数值计算的结果与试验结果进行了对比分析,结果表明,数值模型在材料的弹性模量与压缩强度计算上与试验结果吻合较好;并且能够较好地表现该材料的裂纹扩展形式。     

混凝土细观数值试验的随机损伤本构模型

混凝土在细观尺度下是由粗骨料、砂浆和界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料。目前考虑细观尺度上这三相之间力学性能的不同,已经进行了大量的细观数值试验研究。然而混凝土为典型的多尺度材料,在细观尺度下混凝土各相自身也是非均质的。鉴于此,提出了细观尺度下代表性体积单元(RVE)的随机损伤本构模型,并编制了相应的有限元程序。利用编制的程序,进行了随机骨料模型单轴拉伸和压缩数值试验;并进行了双骨料试件单轴拉伸数值试验。结果表明,该模型虽然结构简单,但能较好地反映混凝土的主要宏观力学行为和细观损伤的产生和演化发展。最后,通过参数敏感性分析,阐明了不同模型参数对混凝土宏观力学特性的影响。该模型可为混凝土细观数值试验研究提供支撑。     

冻融循环下混凝土细观结构演化及力学损伤特性研究进展

周期性冻融循环会对季冻区混凝土材料的细观结构产生不可逆损伤,进而劣化其承载能力与耐久性能。混凝土的冻融破坏本质上是内部孔/裂隙等初始缺陷在周期性冻胀力的作用下发生的疲劳损伤累积。因此,开展冻融循环条件下混凝土材料细观结构损伤演化特性的研究对于评估寒区在役混凝土结构的安全性具有重要的意义。围绕冻融循环条件下混凝土细观结构演化及力学损伤特性两个核心内容,针对混凝土细观结构获取与表征技术、混凝土冻融循环室内物理试验与数值模拟方法,以及混凝土力学损伤特性与耐久性评估等方面的研究现状进行了系统的总结与分析。传统的冻融研究主要集中于宏观尺度下混凝土局部损伤演化,从细观尺度入手,研究了冻融循环下混凝土细观结构演化与力学损伤特性,有助于更加深入地了解宏观力学性能与耐久性劣化背后的冻融破坏机制与初始孔/裂隙缺陷扩展-聚并-贯通的发展规律。在此基础上,建立考虑冻融参数的细观结构演化与宏观损伤特性之间的内在联系,实现冻融环境下混凝土材料宏观物理力学特性的准确分析。为寒区工程结构服役期的损伤特性识别、稳定性与耐久性分析提供参考。     

混凝土损伤断裂的三维细观数值模拟

提出一种在细观层次建立混凝土三维随机骨料随机力学参数模型的方法.将损伤力学与计算力学相结合,基于ANSYS软件平台进行二次开发,建立2组混凝土立方体湿筛试件的数值模犁:第1组模型模拟3种不同的骨料随机分布;第2组模型模拟混凝土各相材料主要力学参数的随机性,分别假定其参数符合对数正态分布和Weibull分布.通过对这2组模型的轴压进行模拟,揭示混凝土在轴向压力作用下单元的渐进损伤和裂缝的萌生与扩展过程.研究结果表明:数值模拟得到的混凝土立方体抗压强度与试验测得的抗压强度较接近;骨料的随机分布会影响试件裂缝产生的位置和扩展路径,但其对试件承载力的影响不大;混凝土各组成相材料参数的非均匀性降低了试件的极限承载力,采用Weibull分布能较好地表征材料参数非均匀性的影响.     

混凝土宏观损伤与细观损伤的结合

提出了能量耗散等效原理，建立了混凝土材料宏观损伤与细观损伤的关系；单轴压缩下，纵向损伤与横向损伤之比为０．１；根据建立的宏观损伤与细观损伤的关系，细观量的演化就可以通过宏观量来反映，易于测量；反之，宏观量的演化又有了细观物理背景     

孔隙湿度对混凝土初始弹性模量影响

采用细观力学方法研究湿态混凝土中孔隙及孔隙水对材料初始力学性能的影响.混凝土材料细观孔隙分为活性孔隙和非活性孔隙两类,其中活性孔隙湿态情况下将由孔隙水填充.将非活性孔隙和孔隙水作为两类夹杂,理想无孔隙混凝土作为基体,基于等效夹杂理论和Mori-Tanaka平均场的思想建立了双类夹杂模型.该模型考虑了不同饱和度孔隙水的水化效应和粘滞性对混凝土力学性能的影响.理论结果和试验数据比较表明,该模型可以较为准确地预测孔隙及孔隙水对混凝土弹性模量的影响.     

初始损伤对岩体力学性质影响的试验研究

为获取不同初始损伤量对岩体力学性质的影响规律,通过室内单轴压缩试验,研究了含不同初始损伤试件在不同阶段的破坏规律,从定量及定性角度分析了裂隙数量及裂隙面间距对试件极限强度、弹性模量的影响,并给出了一定裂隙尺度下的经验公式.所获得的成果,对于工程岩体的安全和稳定性具有重要的参考意义.     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.     

混凝土含损伤的摩尔-库伦强度模型试验研究

对100mm×100mm×100mm立方体混凝土试块,利用真三轴设备,在平面应变条件下进行静态加载试验.试验数据表明,在压剪破坏条件下,混凝土材料的峰值强度和残余强度都遵守摩尔-库伦强度准则,残余强度的内摩擦角高于峰值强度的内摩擦角,残余强度的内聚力低于峰值强度的内聚力.进一步分析认为,混凝土的抗剪切承载能力包含内摩擦力和等效内聚力,在到达峰值点和过了峰值点之后,实际内摩擦力达到残余强度公式的计算值;混凝土的等效内聚力随着剪切变形的增加逐渐衰减,即使在测量强度的加载过程也是如此;对应于峰值强度线与残余强度线的交点,存在一个大小轴平均应力临界值,在保持大小轴平均应力恒定的条件下进行加载,如果所述平均应力小于该临界值,则剪应力-剪应变关系曲线出现下降段,如果大于该值,则不出现下降段.     

饱和混凝土的弹性模量预测

为了研究饱和混凝土中的孔隙水压力对混凝土力学性能的影响,根据饱和混凝土的微观结构建立了研究饱和混凝土力学性能的理论模型,利用夹杂、等效弹性模量的思想和Mori-Tanaka方法研究了饱和状态时孔隙水对混凝土弹性模量的影响。该模型考虑了水影响下的水泥后期水化和孔隙水的粘滞力对饱和混凝土弹性模量的影响。将该模型与Yaman等人的试验结果进行了对比,结果表明该模型可以预测孔隙水含量对混凝土弹性模量的影响,且该模型对饱和混凝土的弹性模量的预测也较为准确。     

泡沫混凝土的力学特性试验研究

利用普通硅酸盐水泥为胶凝材料,用少量粉煤灰和矿粉取代部分水泥,按照质量比16:3:1(依次为水泥、粉煤灰、矿粉)、水料比0.5,制备了不同气泡含量的泡沫混凝土。对试样进行单轴压缩破坏试验,得到了不同龄期不同气泡含量的泡沫混凝土破坏应力以及其应力-应变曲线,研究了强度、弹性模量随龄期的变化规律以及与气泡率之间的关系,探讨了泡沫混凝土弹性模量与强度之间的关系。结果表明,泡沫混凝土的抗压强度在一定范围内,受龄期影响较大,而弹性模量受龄期影响较小;抗压强度、弹性模量、屈服应变随气泡率增大而减小;强度和弹性模量与气泡率成指数关系,强度与弹性模量成对数关系。     

混杂纤维混凝土抗压试验研究

对基体强度为C50,钢纤维、聚丙烯纤维体积率分别为1%～3%、0.11%的混杂纤维混凝土(HFRC)进行了抗压试验,结果表明:HFRC的应力-应变曲线上升段、抗压强度、弹性模量和泊松比均与钢纤维混凝土(SFRC)相近,但应力-应变曲线下降段的平缓程度和韧度指数则较大程度大于SFRC,体现出优异的韧性.     

不同时间高温后混凝土性能的试验研究

针对建筑物火灾的增多,对经历不同高温时间后建筑结构的鉴定日趋重要,通过大量试验,模拟火灾现场,对两种强度等级的混凝土材料在不同温度条伴下（23、100、300、500、700℃）。采用不同加热时间后（1、2、3h）,测量其抗压强度及弹性模量的变化,分析了混凝土随加热时间及加热温度改变的性能机理和一般规律,为火灾后建筑物的鉴定、补救提供参考。     

基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型分析

千枚岩由于成岩历史及赋存环境不同,内部的初始孔隙率不同,力学性质也相差很大。因此,在研究千枚岩的力学性质时,考虑初始孔隙率是非常有必要的。基于岩石的应变强度理论和Drucker-Prager(D-P)屈服准则,考虑了初始孔隙率对力学性质的影响,结合千枚岩的应力应变曲线,建立了基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型。并通过对千枚岩岩样进行核磁共振试验和单轴压缩试验进行了验证。结果表明:建立的损伤模型能够较为准确的描述不同初始孔隙率条件下千枚岩的应力应变关系。本文模型对于千枚岩的损伤软化问题以及千枚岩力学性质的研究具有重要意义。