生态高延性水泥基复合材料的抗冻性能

针对寒冷地区桥面无缝连接板的受力性能,研究了生态高延性水泥基复合材料经受0~300次冻融循环后的抗压性能、弯曲性能、外观形貌、相对动弹性模量及质量损失率,并通过压汞试验分析冻融前后孔结构的变化趋势,采用电镜分析观察微观形貌.试验结果表明:经受冻融循环后,试块表面轻微脱落,质量损失率逐渐增加,而相对动弹性模量逐渐降低;随着冻融循环次数的增加,试块的抗压强度、弹性模量和弯曲强度逐渐下降,而泊松比基本无变化;冻融循环降低了纤维与基体的界面黏结性能,导致在弯曲荷载下更多纤维呈拔出状态,在0~200次冻融循环过程中,纤维的桥联作用得以充分发挥,跨中挠度增加,而在250~300次冻融循环时,纤维和基体的抗拉性能明显降低,跨中挠度减少.     

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。     

冻融损伤砂岩的能量演化及分段本构模型

为研究冻融砂岩受载过程中的损伤劣化规律,首先,对冻融0,25,50,75和100次的砂岩进行单轴压缩试验,获得不同冻融循环后损伤砂岩的应力-应变关系以及破坏模式;其次,基于能量演化及能量分配规律,分析不同冻融次数砂岩的损伤特性;最后,提出利用耗散能变化规律确定应力-应变曲线分段压密点的方法,建立冻融砂岩的分段损伤本构模型。研究结果表明：砂岩的强度和弹性模量随冻融次数增加而降低,砂岩的破坏模式逐渐由剪切破坏为主向张剪复合破坏转变;破坏后的裂纹数量逐渐增多,破坏表现为由脆性逐渐向延性破坏过渡;峰值应力处的总能量、弹性能、耗散能均随冻融次数增加,表现出“减小—增加—减小”三段式变化规律;弹性能耗比(耗散能与弹性能的比值)的最小值K_min是判断砂岩从稳定状态转向非稳定状态的重要标志,是冻融砂岩破裂前的预兆指标。基于冻融和受荷损伤因子,建立了考虑压密段的分段损伤本构模型,能够更合理地描述冻融损伤砂岩的变形破坏过程。     

冻融损伤混凝土的应力应变关系

为了研究寒冷地区冻融损伤混凝土的力学性能,对108个普通混凝土试块进行了冻融损伤试验,探究在不同冻融次数作用下试块表面的损伤特征、质量损失率以及饱和含水率的变化特点,通过混凝土压缩破坏试验得到了其在不同冻融损伤程度下的破坏特征和应力应变值。试验研究表明,随着冻融次数的增多,试块的质量损失率先减小再增大,在第45次冻融时试块的质量损失率达到最小值;试块的饱和含水率则是先减小后增加,在第50次冻融循环时饱和含水率达到最小值。另外,还提出了冻融循环境下单轴受压混凝土在不同冻融循环次数条件下的应力-应变关系计算模型。     

酸性环境冻融循环对花岗岩剪切蠕变特性影响研究

为了研究酸性环境冻融循环对花岗岩剪切蠕变性能的影响，以吉林省辉白隧道花岗岩为研究对象，对中性、酸性环境中经历不同冻融循环次数的花岗岩试件进行细观特征分析和剪切蠕变试验.试验结果表明：(1)随着冻融循环次数的增加，岩石表面损伤程度加剧，酸性环境下的损伤明显大于中性环境下的损伤；(2)酸性溶液对试样蠕变性能影响显著，随着冻融循环次数的增加，试样的剪切蠕变变形和稳态蠕变速率逐渐增大，而平均瞬时剪切模量和长期强度呈现明显降低趋势；(3)试样的总损伤因子随着冻融循环次数的增加逐渐增大，冻融循环50次时试样的阶段损伤因子最大，并且酸性环境下的总损伤因子和阶段损伤因子均大于中性环境下的值.根据试验结果，以西原模型为基础，构建了一个考虑化学-冻融耦合损伤和应力损伤的蠕变模型.基于试验结果，利用1stOpt数学优化分析软件对模型参数进行辨识，将蠕变试验曲线和理论模型拟合的曲线进行对比，验证了模型的正确性和适用性，研究结果对于酸雨侵蚀的寒区工程长期稳定性研究具有指导意义.     

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.     

冻融循环作用下混凝土的受拉本构特征

为了得出冻融循环作用下混凝土受拉应力-应变关系曲线上升段方程,对经过0,25,50,75,100,125次冻融循环的4个不同强度等级的普通混凝土抗拉试块进行了试验研究,结合现有普通混凝土受拉本构关系,建立了冻融循环次数、混凝土等级与混凝土受拉本构特征的关系.试验结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土的受拉应力-应变关系...     

基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

冻融循环条件下灰岩力学性能试验研究

为研究灰岩在不同冻融循环条件下岩石物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 KN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明：随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,随着冻融次数的继续增加,塑性特征逐渐明显,岩样脆性逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

冻融循环条件下灰岩物理力学性能试验

为研究灰岩在不同冻融循环条件下物理力学性能变化情况,利用快速冻融机和2 000 kN三轴压缩试验机对不同冻融次数下灰岩进行单轴压缩试验,得到冻融灰岩应力-应变关系曲线。结果表明:随着冻融次数的增加,抗压强度、弹性模量、泊松比均逐渐降低,且降低程度服从指数衰减模型,20次冻融之前,岩样应力-应变曲线塑性阶段不明显,进一步增加冻融循环次数,岩样塑性特征越来越明显,脆性特征逐渐降低;试验得到不同冻融次数下饱水岩样波速均大于干燥状态下的波速,且随冻融次数的增大呈指数形式降低;最后,基于波速建立以岩石动弹模为损伤变量的冻融损伤方程,拟合结果显示损伤随冻融次数的增加而增大,但增长速率逐渐减少。     

花岗岩多次高温水冷热冲击后力学试验

为了研究多次高温水冷产生的热冲击作用对花岗岩力学性能、开裂特征的影响,将花岗岩在300℃高温下进行不同循环次数的高温水冷热冲击处理,并对处理后的花岗岩分别开展静态压缩试验与静态巴西劈裂试验,测试其相关力学参数的变化.结果表明:①随着循环热冲击次数的增加,花岗岩的抗压强度、抗拉强度都呈现下降趋势,且抗压强度与抗拉强度之间存在线性函数关系,根据拟合公式,可以较好地预测花岗岩的强度变化特征.②花岗岩的压缩弹性模量、变形模量经过15次循环热冲击后,分别下降了25.18％、35.20％;拉伸弹性模量下降了46.76％,采用多项式拟合结果较好.③随着循环热冲击次数的增加,花岗岩延性增加,表现为单轴压缩应力-应变曲线形式从塑-弹性形式向塑-弹-塑性形式过渡;巴西劈裂试验应力-应变曲线基本分为压密阶段、弹性变形阶段和峰后破坏3个阶段.④花岗岩单轴压缩破裂模式从竖向劈裂破坏逐渐向锥形剪切破坏过渡,破坏角度逐渐减小.可见循环高温水冷热冲击对花岗岩力学性能的劣化具有较大的影响.     

耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土框架节点抗震性能研究

目的研究耐久性损伤耦合效应对钢筋混凝土结构框架节点的抗震性能的影响.方法考虑非线性粘结滑移,利用ABAQUS有限元分析软件建立钢筋混凝土梁柱节点非线性模型,分析混凝土保护层碳化、梁纵筋锈蚀、冻融循环三者的耦合效应对钢筋混凝土梁柱节点抗震性能的影响.结果在三种损伤因素共同作用下,当钢筋的锈蚀率从5%增加到10%时,试件的累积耗能能力和极限位移全部发生急剧衰减,试件的抗震性能严重退化;在碳化、冻融及钢筋锈蚀率为10%的情况下,滞回曲线出现弓形,试件的承载力及延性均急剧下降;随着混凝土的碳化,试件承载力提高的同时延性在逐渐降低.结论无论钢筋锈蚀率、混凝土保护层的碳化或冻融循环次数,其中任何一种损伤量的增加,均会导致试件抗震能力的下降;而当三者同时作用时,对边节点的抗震性能影响最为严重.     

围压和渗透压对花岗岩残积土抗剪强度影响的三轴试验研究

为研究渗流对花岗岩残积土抗剪强度衰减的影响,使用SLB型号三轴剪切渗透试验仪,分别进行了K0固结排水剪切试验、恒水头渗流剪切试验和恒流量渗流剪切试验,研究了围压和渗透压对试样应力-应变关系、峰值强度和抗剪强度参数的影响.研究结果表明:应力-应变曲线均为应变硬化曲线,随着轴向应变的增加试样的主应力差增加,且增加的趋势逐渐减小.试样在相同的应变情况下,主应力差值和峰值强度均随着土体试样围压的增大而增大;随着渗透压的增加,主应力差值和峰值强度均逐渐减小;随着轴向应变的增大,渗透压对应力-应变曲线的影响越明显.随着渗透压增加,有效黏聚力逐渐下降,但有效内摩擦角几乎不受渗透压的影响.     

干湿循环泥岩强度折减规律与损伤分析

以泥岩为例,设计了干湿循环试验,采用三轴试验与劈裂试验,测试了不同循环次数下岩样的抗压强度、剪切强度与抗拉强度指标.通过对天然状态及不同循环次数下实测强度指标的拟合分析,研究了干湿循环泥岩强度指标的折减规律;基于等效应变假定,结合三轴试验应力-应变关系曲线,对损伤特性进行了分析.研究结果表明:泥岩遇水强度变化明显,循环一次后单轴抗压强度折减率达到了36.6%,随着循环次数的增加,各项强度指标都呈较平稳的下降趋势,折减规律基本符合指数分布;干湿循环过程也是损伤累积的过程,损伤变量的变化规律反映了泥岩的损伤特性与围压大小和循环次数的相关性,干湿循环2次以后累积损伤超过了50%,循环3次试样呈局部松散状.     

疲劳荷载对橡胶-钢纤维混凝土变形、能量及损伤性能的影响

为了探究橡胶-钢纤维混凝土(rubber-steel fiber concrete, R-SFC)在疲劳荷载下的变形、能量以及损伤特性,利用电液伺服万能试验机对R-SFC进行静态压缩增幅循环加-卸载试验。结果表明：应力-应变曲线由密变疏,同时应力退化也逐渐增大;随着循环次数的增加,不闭合度呈现先减小后趋于稳定再增大的“三阶段”变化;加、卸载变形模量随着循环次数的增加而逐渐增大,且卸载变形模量大于相应的加载变形模量;加载应变、累积残余应变随着循环次数的增加而增大,且钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete, SFC)的加载应变和累积残余应变均大于R-SFC;总输入能速率、弹性应变能速率随着循环次数的增加而增大;随着循环次数的增加,耗散能先缓慢增大再迅速增大,且R-SFC的耗散能大于SFC;累积残余应变损伤和能量耗散损伤随着循环次数的增加而逐渐增大,且R-SFC的能量耗散损伤大于SFC,但R-SFC的累积残余应变损伤则小于SFC。     

循环冲击对围压作用下砂岩特征的影响

利用带围压装置的分离式霍普金森压杆系统对砂岩试样进行不同围压下的循环冲击试验,探讨了冲击应变波的波形特征,并对围压与应力应变、损伤因子等物理量间的关系进行了分析.结果表明:透射波在砂岩试件中传播时存在明显的非线性,并可计算得到砂岩中冲击波的形成距离;砂岩在无围压作用下发生脆性破坏,有围压时表现出明显的弹塑性特征.当围压一定时,应力-应变曲线的上升段斜率随冲击次数增加而减小;当围压增大时,不同冲击次数下的应力-应变曲线差异减小;砂岩损伤因子随平均应变率增大呈幂函数增长,且二者均随围压增加呈现出良好的规律性.     

高轴压比下UHTCC梁柱节点抗震性能试验

通过4个超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)新型梁柱节点的低周反复荷载试验,研究了高轴压比下节点的裂缝特征、承载能力和荷载-变形滞回曲线.结果表明:UHTCC可有效控制裂缝宽度,呈多缝开裂,核心区箍筋间距减少对提高节点的抗剪承载力和剪切延性不明显,在极限荷载下节点核心区剪切变形引起的梁端位移占梁端总位移的比例约45%～70%,高轴压比下UHTCC节点具有较强的耗能能力和抗震性能.     

水-热循环花岗岩的物理力学性质试验研究

为了研究水-热循环次数对花岗岩物理、力学性质的影响,将花岗岩进行不同次数的高温-水冷循环处理,并将处理后的花岗岩在刚性试验机上进行单轴压缩力学试验.结果表明:在相同水-热循环次数下,随着温度的增加,花岗岩试样的饱和吸水率分阶段增加,峰值强度与弹性模量持续下降,变形模量下降,峰值应变呈现多阶段变化;在相同的温度作用下,随着水-热循环次数的增加,花岗岩试样的饱和吸水率逐渐增加,峰值强度和弹性模量出现先下降、后小幅上升、最后持续下降的变化现象,变形模量出现多阶段变化,峰值应变小幅度上升后下降;花岗岩单轴压缩破坏的应力-应变曲线分为4个阶段,随着温度的升高,花岗岩延性增加,应力-应变曲线幅度逐渐减小,压密阶段与累进性破裂阶段都增长,峰后曲线从光滑跌落过渡到分段跌落,随着循环次数的增加,呈现出相似变化趋势;温度的升高和循环次数的增加都导致了花岗岩内部缺陷和孔隙的增加,即随着饱和吸水率的增加,峰值强度减小,可见花岗岩的物理力学性质在不同温度、不同循环次数水-热循环后发生了不同程度的劣化.研究结果对分析花岗岩变形破坏机理以及实际工程中评价高温岩石工程的稳定性提供了一定的参考依据.     

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。     

循环加卸载下饱和岩石变形破坏的损伤与能量分析

以中关铁矿深部饱水闪长岩单轴循环加卸载的室内力学试验结果为基础,结合线弹性损伤力学理论,针对饱和岩石在单轴循环加卸载作用下的变形、损伤及能耗特性进行了研究.结果表明:每一级加载与卸载过程的应力-应变曲线均呈内凹形,随着循环次数及应力水平的增加,塑性滞回曲线向应变增大的方向移动,且应变中不可恢复的变形逐渐减小;轴向应变、横向应变和体应变的绝对损伤参数与累积损伤参数均随循环次数及应力水平的增大而增大,且三者的变化趋势基本一致;能量耗散值与循环的次数近似呈线性关系,后一循环的能耗不等于前几次循环能耗之和.