可用于无钢筋建造的超强超韧水泥基复合材料

基于断裂力学的设计理念,使用活性粉末,并以高强、高弹性模量的聚乙烯纤维作为增强材料,制备具有超高强度和超高延性的纤维水泥基复合材料(UHDCC).轴向拉伸试验、轴压试验、弹性模量试验和四点弯曲试验结果表明,UHDCC的极限拉应力强度可达20 MPa,对应的平均拉伸应变接近9%,轴向抗压强度超过110 MPa.四点弯曲试验结果表明,UHDCC的无筋整浇梁的弯曲性能达到配筋率1.5%的普通钢筋混凝土梁的水平,且具有良好的延性.     

应力梯度对混凝土极限拉伸值的影响

本文通过轴拉、弯曲以及偏心受拉的对比试验,论证了混凝土的极限拉伸值随应力梯度增大而增大的规律,并用Weibull理论进行了定量分析.通过大试件(弯曲、轴拉)与小试件(弯曲、轴拉)的对比试验和理论分析,对小试件的试验结果能否适用于大体积混凝土进行了肯定的论证.考虑大坝温度应力的实际分布.建议将轴向拉伸试件测得的极限拉伸值乘以系数(1.23～1.35)作为设计采用.     

单向增强玻璃纤维/环氧复合材料板的破坏曲面

考虑细观状态下纤维与基体的基本特性,采用文的基本假定和分析方法,本文计算了玻璃/环氧实心纤维及空心纤维单向板在宏观荷截下的破坏曲面.一般来讲,单向板纵向受拉时主要是由纤维承受截荷,此外,环氧树脂基体具有不等的拉压弹性极限.因此,本文考虑不同应力状态下应采用不同的极限强度值进行细观校核,认为受纵向拉伸截荷时考虑纤维的破坏;而受纵向压缩截荷时考虑基体的压缩破坏;受横向拉压截荷时考虑基体的拉压破坏.由此计算得到了实心纤维与空心纤维单向板在纤维体积含量不同时破坏曲线的变化趋势.     

圆板中摩尔-库仑准则的内力屈服条件

对具有拉压强度差效应材料构成的轴对称弯曲圆板在弹塑性阶段应力分布的研究,导出了塑性极限状态下圆板中塑性应力分量间的关系式。以不同受力状态下圆板单元体进入塑性极限状态时的内力分析为基础,建立了圆板在摩尔库仑准则基础上用弯矩表示的内力屈服条件。该内力屈服条件是一条闭合的外凸曲线,符合内力分量的对称性,在材料拉压强度相同时蜕化为屈雷斯卡内力屈服条件。所得内力屈服条件可以用于由拉压强度不同材料构成的圆板和环板的塑性极限分析。     

基于拉压差异的沥青混合料强度与疲劳特性

【目的】探究沥青混合料的拉压差异力学特性。【方法】开展了典型沥青混合料直接拉伸和四点弯曲强度及疲劳试验,基于材料拉压模量差异特性推导并得到了区别于传统四点弯曲梁的真实四点弯曲强度计算公式,分析了传统四点弯曲、真实四点弯曲及直接拉伸应力状态下强度、疲劳寿命及模量衰变规律。【结果】真实四点弯曲强度约为传统四点弯曲强度的80%,在相同加载速率下,不同应力状态强度中直接拉伸强度最小,且其对加载速率的敏感性亦最低;在相同应力水平下,直接拉伸疲劳寿命最小,但在相同真实应力比下直接拉伸疲劳寿命最大,真实四点弯曲疲劳寿命约为传统四点弯曲疲劳寿命的46%;真实四点弯曲疲劳试验的模量衰变速率远小于直接拉伸模量衰变速率,且破坏时前者的模量衰减幅度更小。【结论】材料的拉压差异特性对其力学参数的测试结果及变化规律影响显著,研究成果可为考虑拉压差异的沥青路面结构设计参数取值提供参考。     

活性粉末混凝土的弯曲强度和变形特性

通过对活性粉末混凝土(RPC)无配筋梁和有配筋梁的试验,分析了活性粉末混凝土梁的弯曲强度和变形特性.研究发现,钢纤维的加入有效地提高了梁的延性和弯曲刚度,使梁的抗拉应力得到了显著提高.假设梁可承受拉应力且拉应力按矩形分布,给出了RPC受弯构件正截面承载力的计算公式,通过该公式计算出的理论值与试验值符合良好.     

弯曲荷载下腐蚀介质SO42-、Cl-在混凝土中的分布规律

分析了混凝土试件在弯曲荷载作用下各部位的应力大小和受力状态,并研究了腐蚀介质SO42-、Cl-在混凝土试件中的分布规律.结果表明:在扩散距离相同的混凝土层中,纯弯区部位的SO42-、Cl-含量大于弯剪区;拉应力层中的离子含量大于压应力层;弯曲荷载下混凝土试件受应力破坏最严重的部位为纯弯区拉应力层,该层中SO42-、Cl-含量最大;荷载作用下,不仅渗透进入混凝土中的SO42-、Cl-的量增加,离子的分布规律也发生改变,离子含量由对称分布改变为从压应力表层至拉应力表层呈"√"型分布,至压应力第3层或第4层(中性层)下降至最低,在拉应力表层离子含量最大.     

横向压缩载荷下短纤维复合材料细观力学分析

建立含纤维、界面相和基体的短纤维增强弹性体复合材料在横向压缩载荷作用下的单纤维细观力学模型,得到了单元体内部的应力分布函数。以2种不同纤维增强弹性体复合材料为对象,研究横向压缩载荷作用下单纤维模型内部的应力分布状况。结果表明:单元体内部应力分布是不均匀的,其大小与复合材料不均匀程度及纤维体积分数有关。应力分布的不均匀性随材料的不均匀程度的增大而增大;随着纤维体积分数的增加,压应力最大值逐渐增大,而拉应力最大值先增大后减小。     

灰铸铁抗拉强度测量方法比较

采用灰铸铁材料进行圆环劈裂试验、扭转试验、四点弯曲试验和直接拉伸试验,得到上述4种抗拉强度测量方法的结果比值约为2.87∶1.33∶1.17∶1。四点弯曲试验的测量结果与直接拉伸试验结果接近。结合文献中的试验数据,发现铸铁、岩石、混凝土等不同脆性材料的间接拉伸试验结果与直接拉伸试验结果比值相近,于是可给出带修正系数的通用间接测量抗拉强度公式。有限元分析表明,间接拉伸试验中试件断裂面上不是均匀应力,当断裂面的小部分单元达到应力极限时只产生微观裂纹,并没有发生整体破坏,当断裂面上大部分单元都达到应力极限时才会丧失承载能力,发生宏观破坏,这可能是导致不同测量方法结果不一致的原因。     

钢纤维掺量对R-UHPC梁受弯性能影响的研究

以钢纤维掺量为主要参数,进行了5根R-UHPC梁的受弯性能试验.分析了试验梁的荷载-挠度曲线、截面应变和破坏状态.试验结果表明:UHPC材料根据其极限拉应变与钢筋屈服应变的关系,可分为U0类、U1类和U2类.U0类UHPC受拉应力-应变曲线无硬化段,当材料出现开裂,UHPC就退出工作,其抗弯极限承载力不应考虑UHPC的抗拉贡献.U1类、U2类有硬化段,材料开裂后,UHPC并未退出工作,尤其是U2类的R-UHPC梁,UHPC拉应力对梁抗弯极限承载力贡献率大于20%,在计算时需要考虑这部分贡献.从纤维掺量对UHPC抗拉性能出发,推导了R-UHPC梁抗弯极限承载力的计算方法,其结果稳定,且与实测值吻合较好.     

有关《公路桥梁加固设计规范》部分条款的探讨

对交通运输部新近发布的<公路桥梁加固设计规范>有关粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材料加固法的一些条款进行探讨,通过一些算例及材料参数对比、分析.说明粘贴钢板加固受弯构件极限承载能力计算时按规范中的算法其结果不符合实际受力情况,钢板应力均远大于常用钢板屈服强度;极限承载能力计算不能反映加固构件分阶段受力的特点;碳纤维材料容许拉应变的三个限制条件有两个没有必要,可直接取0.007.     

非均匀性的沥青混凝土半圆弯曲试验数值仿真

利用数字图像技术对沥青胶结颗粒材料CT图像进行了处理,并在此基础上建立了考虑微观结构和非均匀性的沥青混凝土半圆弯曲试验有限元模型,通过有限元分析,初步实现了在考虑微观结构的同时,利用粗集料和胶浆的力学性能对沥青胶结颗粒材料整体力学性能进行评估。计算结果表明:非均匀性对半圆弯曲试验中拉应力分布和模量大小有显著的影响,粗颗粒含量(质量分数)对模量的影响更大;从圆柱试件切割出2个半圆试件进行半圆弯曲试验时,必须考虑离析对试验结果的影响。     

预应力高强混凝土管桩桩身抗剪承载力试验

在无轴压和轴压1 300 kN作用下对PHC-AB400(80)型管桩进行桩身抗剪承载力足尺构件试验.详细介绍加载装置和试验方法,得到该桩型在无轴压受剪和轴压受剪状态下的开裂荷载和极限荷载.基于管桩在无轴压受剪和轴压受剪状态下裂缝发展的观察以及对支座与加载点间剪跨段混凝土主拉应力与主拉应力角的分析,研究该桩型的破坏过程.比较由《预应力混凝土管桩图集》中的公式计算得到的数值和试验值可知,公式值约为试验值的58%.因此,建议管桩抗剪承载力的计算公式中考虑箍筋的抗剪作用.     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理研究

为了对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力下的工作机理进行研究,采用大型通用有限元软件ABAQUS对圆实心钢管混凝土压、扭复合受力构件进行建模计算,现有的试验验证了计算结果与计算方法的正确性.再采用同样的方法对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力状态下进行了模拟计算.通过计算发现,扭矩—转角全过程关系曲线分为弹性、弹塑性、塑性强化三阶段.通过对三个阶段扭矩—转角全过程关系曲线、内外钢管和混凝土的应力分布云图、三者间相互作用力以及轴压比影响的分析,结果表明,在加载过程中,当轴压比较小时,随着轴压比的增大,极限扭矩增加;当轴压比较大时,随着轴压比增大,极限扭矩降低.     

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.     

LD10锻造铝合金内部残余应力分析

采用仿真和实验相结合的方式,首先利用动力显示有限元分析软件建立了自由锻造圆饼过程的模型,仿真出锻造过程中的变形和应力分布情况,得到锻造铝合金内部残余应力的分布及变化规律,再利用切除法对选自锻饼不同部位的LD10锻造铝合金进行了残余应力测量。比较了LD10内部残余应力的分布特点,并从金属屈服和塑性流动的角度出发对这种残余应力的构成进行了分析。结果表明：LD10铝合金的残余应力分布特点随选料位置不同而有较大不同,在锻饼心部选取的试件表层受残余拉应力,心部受残余压应力,在锻饼边缘选取的试件表层受残余压应力,心部受残余拉应力。     

纤维混凝土构件在温缩荷载作用下的非线性随机有限元分析

为研究纤维对混凝土构件的抗温缩能力,利用Moelands-Reinhardt(M-R)软化本构关系,采用非线性随机有限元法,即Monte-Carlo法分别对素混凝土和纤维混凝土构件的温降收缩过程进行分析.分析结果表明:纤维的存在可提高混凝土抗拉极限状态温降值,掺加超细纤维对混凝土的增强效果不明显;超细纤维依靠其韧性提高了混凝土的抗拉极限温降值和构件薄弱区域的抗拉能力,减小了由材料性质不均而造成脆断的可能性,在整体上延缓了构件到达抗拉极限状态的过程.     

不同形状钢纤维对UHPC受拉性能影响的试验研究

钢纤维对UHPC基体的增强增韧作用,受到其材料、形状、尺寸和掺量等因素的影响.本文采用优化设计后的狗骨试件尺寸,以目前应用最多的圆直钢纤维和弓形钢纤维为对象,对UHPC材料进行单轴拉伸试验研究,并与抗折、劈裂强度试验结果进行对比分析;分析在钢纤维体积掺量为2%的情况下,单掺不同形状圆直钢纤维和弓形钢纤维对UHPC基本材料性能的影响,并分析纤维增强系数和长径比之间的关系.掺有钢纤维的试验组,随纤维长径比的增大,应力-应变曲线中的弹性段峰值点增大,硬化段增长,软化段变得平缓,曲线所包围面积也增大.掺弓形钢纤维试验组曲线下降段呈现锯齿形.掺量相同时,圆直长纤维对轴拉强度、极限应变、弹性模量的提高效果明显,短纤维对初裂强度的提高效果明显.弓形钢纤维增强的UHPC,随纤维长径比的增大,其轴拉强度、极限应变、弹性模量和断裂能增强,其初裂强度递减.纤维增强系数和其形状、长径比有关.     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

钢筋-纤维自密实混凝土梁受弯性能与承载力分析

通过四点弯曲试验得到钢筋-纤维自密实混凝土梁式构件的荷载-跨中挠度曲线、荷载-纵筋应变曲线和破坏形态,对梁式构件的受弯承载力及纤维与钢筋的混杂效应进行了分析.结果表明:钢纤维的加入使钢筋-纤维自密实混凝土梁式构件的抗弯承载力提高了10%~42%.考虑钢纤维跨越裂缝的传力机理及分布情况提出了钢筋-纤维混凝土梁式构件受弯承载力计算公式,并与ACI 544和CECS 38:2004的公式进行了对比,计算结果表明:文中建议公式计算的受弯承载力与试验结果最为接近,可用于钢筋-纤维自密实混凝土梁式构件的受弯分析与设计.