钢管混凝土柱纯扭破坏尺寸效应细观数值分析

在地震作用下,钢管混凝土柱常受到扭转作用或压-弯-剪-扭复合作用,扭矩的存在会加剧钢管混凝土柱的破坏.为探究钢管混凝土柱纯扭破坏及尺寸效应行为,采用三维细观数值模拟方法,考虑混凝土细观组分的非均质性及钢管与混凝土间的接触作用,建立了钢管混凝土柱的三维纯扭细观数值模型.分析了结构尺寸、套箍系数和截面形状对不同尺寸钢管混凝土柱纯扭破坏的影响.最后,对比并修正了Ba6ant尺寸效应律,提出了全尺寸范围内的名义抗扭强度公式.结果表明：(1)素混凝土柱纯扭破坏表现出显著的脆性破坏特征,而钢管混凝土柱纯扭破坏表现出一定的延性破坏特征;(2)钢管混凝土柱纯扭破坏具有尺寸效应,且方柱的尺寸效应强于圆柱;(3)在低约束作用(用套箍系数标征)下,钢管混凝土柱纯扭破坏尺寸效应较为明显,随着套箍系数的增加,名义抗扭强度的尺寸效应被削弱.     

水工混凝土建筑物冻融破坏的防治技术研究

冻融破坏是寒冷地区或者高海拔地区混凝土建筑物常见的一种冻害形式,也是施工混凝土建筑物的一种老化特征和主要病害之一、严重的陈融破坏、将威胁水工建筑物的正常运行.本文首先分析了混凝土冻融破坏的原因与特征,然后详细对混凝土建筑物冻融破坏的防治技术进行了探讨.     

掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁、柱的性能分析

为探究掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁、柱性能,对两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁及一根普通混凝土梁进行三分点静力加载试验,观察试验过程中裂缝的开展以及极限破坏形式. 同时,对两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土柱及一根普通混凝土柱进行低周往复加载,试验过程中观察裂缝开展、屈服状态以及极限破坏状态. 试验结果表明,掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁与普通混凝土梁的破坏状态相同,均为弯曲破坏. 镍铁渣复合矿物掺合料的掺入没有改变柱子的破坏形态,试验柱的水平荷载差别不大. 说明两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土梁的力学性能可以满足普通混凝土梁的要求,两根掺镍铁渣复合矿物掺合料预制混凝土柱能够符合普通混凝土柱的抗震性能.     

钢管混凝土柱破坏过程的三维数值模拟

用材料破坏过程分析系统RFPA3D(realistic failure process analysis)对矩形钢管混凝土短柱在轴心受压条件下的受力、变形与内部裂缝萌生、扩展及最终破坏的全过程进行了数值模拟分析.数值模型中引入了统计分布函数,反映了混凝土的非均匀性影响,采用细观单元材料性质退化的方法,利用位移加载来实现钢管混凝土的逐渐破坏过程.讨论了极限承载力与钢管混凝土柱长度的关系及钢管混凝土截面面积对极限承载力的影响等问题.数值试验再现了试件的整个破坏过程.分析结果表明RFPA3D数值实验方法为钢管混凝土结构的研究提供了新的方法和途径.     

开孔钢板型竹混凝土连接件荷载滑移性能

为研究开孔钢板型竹-混凝土剪力连接件的力学行为,对3个开孔钢板型连接件进行了静载推出试验,并采用位移计测量法和数字图像相关法对界面滑移进行测量.试验结果表明,试件破坏时开孔钢板与竹材之间未发生明显破坏,开孔钢板孔内混凝土抗剪榫及钢板下部混凝土支撑面发生破坏,破坏过程未见剧烈的破坏反应,破坏模式属于延性破坏.连接件的极限承载力标准差较小,承载力学性能稳定.剪力件两侧滑移沿高度整体分布规律一致,表明开孔钢板剪力件的剪力传递均匀,荷载-滑移曲线显示其具有很好的滑移变形能力.开孔钢板型竹-混凝土剪力连接件的抗剪承载力主要由开孔钢板孔内混凝土抗剪榫及钢板下部混凝土支撑面提供,特定的钢-混凝土连接件承载力计算模型对于新型开孔钢板型竹-混凝土连接件承载力的预测具有一定的适用性.     

浅析水工建筑物混凝土碳化、冻融、裂缝破坏及防治

水工建筑物多以混凝土结构组成,而这些混凝土结构多处在气候恶劣的环境中,受泥沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多.混凝土的破坏以碳化、冻融、裂缝破坏为常见,致使许多水工建筑物的运行寿命大为缩短,造成极大浪费.本文进一步探讨水工建筑物混凝土的碳化、冻融、裂缝破坏机理及防治措施.     

自密实高强混凝土框架结构的抗震性能研究

制作了两榀尺寸与配筋相同、混凝土强度基本相等的钢筋高强混凝土框架,两榀框架分别采用自密实混凝土和普通混凝土浇筑.采用MTS伺服加载系统施加低周反复水平荷载以研究自密实混凝土框架结构的抗震性能.通过试验,对比分析了自密实混凝土框架与普通混凝土框架在破坏过程及开裂、屈服、破坏等特征值上的异同,深入研究了自密实混凝土框架结构的延性、等效粘滞阻尼系数及功比指数等抗震性能.     

装药内爆炸下混凝土损伤特性研究

为完善炸药混凝土内爆炸理论、提高其做功能力,该文建立混凝土内部炸药爆炸模型.在混凝土内爆过程中及冲击载荷下,对TNT炸药及PBX类炸药对混凝土的毁伤破坏效应,利用混凝土动力学损伤破坏模型和光滑粒子动力学方法进行数值研究.该文定量地给出了混凝土内爆炸损伤的类型为抛掷内爆炸和松动内爆炸.数值分析了混凝土介质的运动特性,确定了混凝土内爆炸的最佳条件.在掩埋情况下,炸药埋深0.45H时,内爆效果较好.     

混凝土弹塑性多轴损伤模型及其应用

针对混凝土多轴应力状态下各向异性损伤的特点,建立了各向异性弹塑性损伤模型.该模型具有可清晰地表征混凝土的渐进破坏过程和表达当前损伤水平及结构破坏趋势的优点.引入了一个应力状态因子,用以表征当前应力状态在应力空间中距离破坏面的程度,从而对损伤演化方程进行了改进以考虑多轴效应.此外,在三轴破坏准则的基础上,还建立了考虑混凝土各向异性损伤破坏的多轴损伤破坏准则,其中包含了塑性、损伤内变量和有效主应力的影响.本模型可有效地表达出混凝土的各向异性和多轴损伤特点.     

浮石混凝土风沙吹蚀与冻融耦合的破坏机理研究

以内蒙古天然浮石作为粗骨料,配置3种强度的浮石混凝土.利用气流携沙法和快冻法研究浮石混凝土在风沙吹蚀与冻融耦合破坏中的耐久性,分析质量损失及相对动弹性模量的变化规律,并进行核磁共振测试,探究破坏机理.结果表明,风沙吹蚀与冻融耦合破坏相比单一因素破坏更为严重;风沙吹蚀起到"催化"作用,破坏混凝土表面水泥砂浆层,加快了冻融破坏;相对动弹模量比质量损失率更为敏感,更能表现混凝土的破坏程度;核磁共振表明水灰比越大,混凝土内部有害的大孔越多,自由流体饱和度可作为评判浮石混凝土耐久性的一个指标;北方寒带风沙区的建筑物的重要结构,应增防风沙设施,才能更好延长使用寿命.     

水工建筑物混凝土的冻融破坏及防治浅析

通过对混凝土的冻融破坏机理及影响因素分析,提出了水工建筑物混凝土冻融破坏的防治措施,原则上应为防重于治,以达到或延长工程的使用寿命.     

箱梁合龙段底板崩裂机理及设计

基于非线性有限元数值模拟方法,考虑混凝土非线性力学特性,建立了包含竖向双层波纹管孔道的精细化数值有限元模型,分析了箱梁合龙段底板从开始加载至最终破坏的损伤发展过程.基于精细化数值模型分析结果,讨论了崩裂成因.研究表明,箱梁合龙段底板崩裂成因共有5种:孔肋间混凝土竖向受拉、波纹孔道下方混凝土冲切、孔肋顶部和底部混凝土横向开裂、波纹管与混凝土的剥离以及底板弯曲开裂和梗腋位置剪切开裂.根据5种崩裂成因出现的先后顺序,认为控制底板崩裂破坏形式为波纹管下方混凝土冲切破坏及孔肋间竖向受拉破坏.最后,提出了孔肋间受拉破坏承载能力设计公式和底板抗冲切承载能力设计公式.     

有机飞机除冰液作用下普通混凝土的抗冻性微观机理分析

结合现有的冻融破坏理论,研究了以乙二醇为主要成份的飞机除冰液作用下普通混凝土冻融损伤失效规律与特点.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能量色散谱仪,进行试件冻融后的物相组成、微观结构变化以及微区元素分析.实验结果表明:低质量分数乙二醇对混凝土抗冻剥蚀性比水严重,高质量分数乙二醇对混凝土的冻融破坏比水轻微.飞机除冰液质量分数越低,对混凝土的冻融破坏作用越严重;低质量分数乙二醇对普通混凝土的冻融破坏以表面剥落破坏为主,质量损失首先达到破坏标准.高质量分数乙二醇对普通混凝土的冻融破坏以相对动弹性模量首先达到破坏标准,主要表现为端部的严重冻疏.在乙二醇飞机除冰液冻融过程中普通混凝土内没有新物质生成,水化硅酸钙凝胶与氢氧化钙晶体未发生变化.普通混凝土在乙二醇飞机除冰液中的冻融破坏机理与水中一样,以结冰压破坏为主.     

基于改进随机骨料模型的混凝土细观断裂模拟

为了更好地研究混凝土的力学性能和破坏机理,该文在已有细观力学模型的基础上,发展了高效的骨料投放方法及单元筛分准则.基于连续介质力学的方法,采用弹性损伤本构关系描述混凝土细观各相材料力学行为,建立了随机骨料数值模型及相应的细观单元参数选取方法.以多组不同骨料分布的Petersson三点弯曲梁为例,分析和探讨了混凝土的破坏机理.结果表明,该数值模型能较好地模拟混凝土I型断裂拉伸破坏全过程,与试验结果表现出良好的一致性.     

耐碱集束型玻璃纤维混凝土板耐冲击性能研究

为了深入了解纤维混凝土的耐冲击性能,进行了不同体积掺率的高锆耐碱集束型玻璃纤维、粗聚丙烯纤维增强混凝土板的耐冲击性能的试验研究.通过试件的破坏形态、落锤的加速度时程和板底支座反力时程曲线,结合高速摄像机记录的整个试件冲击破坏过程,从动力学角度研究了纤维种类及纤维体积掺率对混凝土板耐冲击性能的改善效果.结果表明:经第2次冲击后,素混凝土与纤维混凝土板的破坏模式不同,素混凝土板呈脆性破坏,沿对角线方向破碎成4块;体积掺率为0.75%,的粗聚丙烯纤维混凝土板的损伤最小,板底出现9条主裂缝,无大面积混凝土崩落,板的塑形变形较大;体积掺率为0.75%,的高锆耐碱集束型玻璃纤维混凝土板的板底出现9条主裂缝,最大裂缝宽度仅为0.8,cm,底部出现半径约为8,cm的圆形混凝土崩落区域.通过加速度时程曲线可知,素混凝土与纤维混凝土板破坏过程也存在明显差异.在弹性变形阶段,纤维混凝土冲击持续时间比素混凝土约长1,ms;裂缝扩展及混凝土崩落阶段,当加速度降到约为峰值的1/3时,素混凝土板呈现脆性破坏,而纤维混凝土板的加速度时程曲线出现二次强化现象,呈延性破坏,纤维显著改善了板的冲击韧性,且纤维体积掺率越高,耐冲击性能改善效果越明显.     

基于颗粒流法研究混凝土的劈裂拉伸破坏特性

基于二维颗粒流程序,构建了包含水泥砂浆、不规则多边形骨料和水泥砂浆与骨料的交界面的二维混凝土细观模型,采用标定后的平节理模型参数,对混凝土破坏的裂纹演化和破坏机理进行研究. 模拟结果表明:宏观破坏的细观机制是水泥砂浆、骨料以及交界面内的裂纹扩展和演化造成的;随机骨料的分布会对混凝土的峰值应力和破坏模式有一定的影响;巴西圆盘试件内的裂纹起始于加载端,随着载荷增加裂纹向中心扩展,混凝土试件呈现出劈裂拉伸破坏的模式;随着加载速度的提高,沿加载方向上的主裂纹及其他次生裂纹相互作用,使混凝土试件出现大量的碎块;裂纹统计结果显示,在细观层次上,拉伸型裂纹主导了混凝土试件的劈裂破坏,少量的剪切型裂纹主要集中在试件加载端的骨料附近.      

不同构造形式绿色混凝土叠合板受弯性能试验

为推动绿色再生类材料在叠合楼板中的应用,将不同性能要求的钢纤维增强绿色混凝土材料应用于叠合板中,研究不同构造形式所组成的钢纤维绿色混凝土叠合板受弯性能差异.开展了6块钢纤维增强绿色混凝土叠合板和2块普通混凝土叠合板足尺试件的抗弯性能对比试验.得到了其破坏形态、荷载-跨中挠度曲线、荷载-跨中板底受力钢筋应变曲线及荷载-跨中板顶面混凝土压应变曲线等特征参数,对比分析了各试件的破坏机理、变形特征、裂缝分布规律.研究结果表明,钢纤维增强绿色混凝土叠合板与普通混凝土叠合板相比受弯破坏过程类似,均经历了弹性阶段、弹塑性阶段及破坏阶段,且裂缝、挠度发展均较为充分,未有突然断裂或沿叠合面出现水平裂缝等破坏现象,均具有较好的延性;同时,不同的预制底板构造形式对叠合楼板的受弯性能也有较大影响,其中配置钢筋桁架的叠合板,尤其是附肋钢筋桁架对叠合板的受力性能有较为显著的提高;开裂荷载及极限承载力计算应考虑构造形式及不同混凝土材料预制底板对所组成叠合板受弯性能的影响.     

常见衬砌渠坡混凝土封顶板变形破坏外因分析及防范措施

随着衬砌渠道节水工程的发展,混凝土、浆砌石衬砌渠道防渗主体部位质量越来越好,而作为非主体部位的渠坡混凝土封顶板的质量却大大下降,特别是外因引起的变形破坏较为严重,影响了渠道的美观,失去了保护渠坡和垫层的屏障作用.本文阐述了常见渠坡混凝土封顶板外因变形破坏的特点、成因及防范措施.     

拼接GFRP管混凝土构件轴心受压性能

拼接GFRP管混凝土组合构件是在两个独立的GFRP管拼接处设置连接件,再在内部浇筑混凝土,形成一种连续整体的GFRP管混凝土组合构件.通过试验,研究了基于3种连接(钢筋、钢板钢筋及钢管连接)的拼接GFRP管混凝土组合构件的受力机理和破坏模式.结果表明,当加载到(30%~40%)Pu(极限荷载)时,在GFRP管表面开始出现白纹;当加载到(60%~70%)Pu时,GFRP管对核心混凝土开始产生套箍约束作用;继续加载,套箍约束作用继续存在.拼接构件的破坏发生在构件端部,连接处没有发生破坏,而连续整体构件破坏发生在中部位置,表明3种连接均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作.     

混凝土双向受力下非线性弹性本构关系的分析方法

介绍了基于非线性弹性理论建立的不同本构模型的分析方法,给出并推导了模型中各变量的表达形式,以便描述混凝土在压缩范围内及破坏前的非线性变形,作为建立混凝土本构理论精确数学模型的基础.这些弹性模型必须与定义材料的破坏准则、定义压溃的断裂准则和"应变软化"混凝土在破坏后的应力转换结合起来.