混凝土受拉疲劳试件的有限元分析

以国家自然科学基金资助项目《混凝土多轴疲劳破坏准则》(50078010)的试验研究为背景,运用有限元分析软件ANSYS对混凝土多轴疲劳试验中采用的试件进行单轴静态受拉分析,指出了受拉疲劳试件在设计及试验中所存在的问题并给出合理建议。     

基于拉压杆模型的ECC深梁受剪承载力分析

为研究分布筋对ECC深梁破坏模式和受剪承载力的影响,对分布筋配筋率分别为0、0.31％、0.63％的ECC简支深梁进行剪切试验,分析其破坏模式及纵筋和分布筋应变的发展规律.在拉压杆(STM)模型的基础上,根据Mohr-Columb破坏准则推导建立了STM1模型,基于压杆的试验结果建立了STM2模型,并与美国规范ACI3...     

钢筋混凝土受拉在垂直方向产生的压应力

钢筋混凝土薄膜元受拉时，与匀质材料不同，混凝土开裂后，在垂直方向产生的不是拉应力，而是压应力。文章基于钢筋混凝土薄膜元受拉试验和回归分析，给出混凝土开裂前、钢筋屈服前、拉应变小于０．００８ 和大于０．００８ 时的应力应变关系式。公式中的相关系数Ｒ 均接近于１．０，说明回归曲线是合理而有效的     

东北落叶松材单向顺纹受拉损伤模型

从细观层次揭示木材顺纹受拉破坏的损伤演化机制,是建立木材损伤本构模型的基础.在分析木材宏观及细观构造特征的基础上,将木材等效为若干根并联的受拉木纤维,每根顺纹受拉木纤维等效为弹脆性的受拉微弹簧.基于概率思想,假定受拉微弹簧的极限应变Δ为服从某一分布形式fΔ(x)的随机变量,推导了木材顺纹受拉损伤演化方程.在正确设置木材声发射参数即峰值定义时间(PDT)、撞击定义时间(HDT)和撞击闭锁时间(HLT)的基础上,通过木材顺纹受拉试件破坏过程中的声发射试验确定了受拉木纤维极限应变分布函数的参数,进而建立了木材顺纹受拉损伤模型.分析结果表明,声发射累计振铃计数与木材顺纹受拉细观损伤的累积过程是一致的,可用于反映木材顺纹受拉过程中的损伤演化特征.     

早期混凝土轴心受拉试件的制作

针对早期混凝土的特点,利用自行设计制作的混凝土轴心受拉试件,成功解决了实验中试件对中困难、应力集中和黏结力小等问题,得出了理想的早期混凝土轴心受拉应力-变形全曲线.结果表明:该试件应用于混凝土轴心受拉实验是可行的,对同类型的实验具有一定的参考价值.     

混凝土轴心受拉试件细观数值模拟

为在细观层次研究混凝土轴心受拉状态下的损伤破坏机理,基于ANSYS参数化设计语言,建立了能够表征混凝土骨料随机分布和细观相材料力学参数非均匀性的混凝土轴心受拉试件细观数值模型.通过数值模拟,得到了混凝土内部微裂缝产生、发展直至试件断裂的演化过程和应力—应变曲线.结果表明,对于混凝土轴心受拉试件,虽然受到均匀拉应力的作用,但是由于骨料分布的随机性和细观相材料力学性质的差异,试件内应力和应变分布并不均匀,裂缝扩展存在弥散、集中、局部化阶段.骨料的存在既是导致裂缝产生的根源之一,又可在一定程度上阻碍裂缝的发展.本文的数值方法可以克服物理试验加载时难以对中的局限,弥补宏观层次采用均匀化方法研究的不足,有利于揭示混凝土轴心受拉损伤的破坏机理.     

混凝土开裂后梁的受拉钢筋应力的分析

导出了砼开裂后梁的弯矩与受拉钢筋应力之间的关系式，关系式与试验结果符合较好     

冻融循环下砼力学性能与相对动弹性模量关系

研究冻融循环作用后混凝土受拉峰值应力、受压峰值应力、受拉峰值应变、受压峰值应变、受压极限应变及受拉初始弹性模量与相对动弹性模量之间的关系.对经过0,25,50,75,100和125次冻融循环作用的C20,C30,C40和C50抗拉试件进行单轴拉伸试验,对经过0,25,50和75次冻融循环作用的C20棱柱体试件进行抗压试验,得出各力学性能随相对动弹性模量变化的规律,回归得出相关的计算公式.结果表明:冻融循环作用后,随着相对动弹性模量的降低,混凝土的受拉峰值应力、受压峰值应力及受拉峰值应变等力学性能指标逐渐减小,而受压峰值应变及受压极限应变却逐渐增大.     

砼开裂后梁的受拉钢筋应力分析

导出了砼开裂后梁的弯矩与受拉钢筋应力之间的关系式，关系式与试验结果符合较好。     

钢-钢纤维混凝土组合桥面板偏心受拉性能

为探究钢-钢纤维混凝土（SFRC）组合桥面板在主梁体系下的偏拉力学特征，分别设计制作了1个普通混凝土组合桥面板和1个SFRC组合桥面板试件进行偏拉试验，并引入材料塑性损伤模型进行有限元模拟，考察了偏拉荷载作用下SFRC对组合桥面板破坏形态、刚度折减、应变分布等力学性能的影响规律。试验及数值分析结果表明，相比普通混凝土，SFRC受拉裂缝数量多但宽度小；通过观测钢筋应变发展及分布可知，由于SFRC具有拉伸硬化特性，在开裂后仍能继续承担外部荷载；SFRC开裂后，其对组合板轴向抗拉刚度与侧向抗弯刚度贡献明显大于普通混凝土；当最大裂缝宽度分别为0.10和0.20 mm时，SFRC对组合板的轴向抗拉刚度贡献为36%和22%，普通混凝土仅为15%和11%;SFRC对组合板的侧向抗弯刚度贡献为41%和27%，普通混凝土仅为29%和17%，表明SFRC开裂后仍可考虑其对组合桥面板刚度贡献。此外，结合理论推导分析了组合板在钢结构全截面屈服时的承载力，结果表明，SFRC和普通混凝土对组合桥面板极限承载力贡献不显著。     

基于PVA-ECC的氯盐损伤RC梁抗弯加固效果

ECC(Engineered Cementitious Composites, ECC)是一种超高韧性水泥基复合材料,具有优良的控裂及抗氯盐侵蚀能力.为研究采用PVA-ECC对氯盐侵蚀破坏的钢筋混凝土(Reinforced Concrete, RC)梁进行抗弯加固的有效性,设计了5根RC梁试件,其中4根进行了氯盐侵蚀下的通电锈蚀试验,并对其中的2根氯盐侵蚀后的试件在受拉区浇筑30mm厚度的PVA-ECC层进行加固.所有试件均进行抗弯加载试验,对比分析了各试件破坏形态、初始刚度、承载力及变形能力等.结果表明：抗弯试验加载初期,PVA-ECC加固试件的裂缝宽度明显小于未加固试件的裂缝宽度;加载后期,PVA-ECC中产生了明显的受弯主裂缝.PVA-ECC加固试件的初始刚度较未加固试件增加,变形能力较未加固试件降低,承载力较未加固试件未表现出明显增加.     

混凝土圆柱体劈拉强度的尺寸效应

通过对受对称分布力作用下劈裂试件中受拉面积的计算和试验论证，得出了不同直径的劈裂试件，当其劈裂面上的受拉面积相同时，具有相同的劈拉强度，并以此为依据，得出了用韦伯理论表示的混凝土劈拉强度的尺寸效应系数。Φ４５ｃｍ×４５ｃｍ试件的劈拉强度为Φ１５ｃｍ×１５ｃｍ试件的０．６９倍，更大试件的劈拉强度尺寸效应系数可望收敛于０．６５。     

硫酸盐侵蚀下ECC轴拉力学性能与微观结构

针对沿海潮汐区及地下水交界处典型的干湿循环硫酸盐环境,开展不同周期下高延性水泥基材料(ECC)单轴拉伸试验,并通过扫描电子显微镜(SEM)观测其微观结构.结果表明:未受蚀ECC的拉伸应变硬化特征明显,但侵蚀后的拉伸曲线应力抖动次数大幅减少;受蚀ECC抗拉强度是侵蚀前的1.35～1.79倍,随侵蚀周期先增后降,而极限拉应变的发展规律则相反;在150 d内,硫酸盐侵蚀对ECC弹性模量的影响不明显.受蚀前,聚乙烯醇(PVA)纤维的完整表观解释了ECC的低强度和高延性;侵蚀早期,钙矾石逐渐生成并不断填充孔隙和微裂纹;侵蚀后期,石膏逐渐成为重要的侵蚀因素;大量存在的PVA纤维有效缓解了侵蚀损伤,在研究的龄期范围内未见材料明显劣化.     

钢筋增强ECC柱偏心受压力学性能有限元模拟

目的将ECC替代混凝土用于建筑结构以解决因混凝土脆性导致的开裂和耐久性问题.方法提出ECC材料简化拉、压应力-应变关系模型,并通过有限元模拟方法对钢筋增强ECC(R/ECC)柱偏心受压力学性能进行评估.在此基础上,以偏心距为参数,分析了各偏心率下R/ECC偏心受压构件的荷载-变形曲线,得出了承载力N_u-M_u关系曲线.结果笔者提出的模型能够准确地模拟R/ECC构件的承载力及变形行为.在各偏心率下,R/ECC柱的抗弯承载力均要显著大于RC柱,通过应变云图分析可以得知,R/ECC柱受拉侧ECC能够始终提供稳定的抗拉承载力,使得R/ECC柱的极限弯矩要大于RC柱.结论相同条件下,R/ECC柱偏心受压承载力和延性均要明显优于RC构件.     

八地脚塔脚板受拉承载力及其设计参数影响分析

针对我国输电铁塔基础结构中八地脚螺栓塔脚板的相关设计理论研究不成熟,尤其是现行设计规程关于其受拉承载力的计算公式还存在明显不合理的问题,对八地脚螺栓塔脚板开展了受拉承载力试验和仿真研究。设计并搭建塔脚板轴心受拉承载力试验测试系统,对16组塔脚板试件进行单调静力加载,通过试验现象观察和测试数据分析,获得塔脚板在加载进程中的受力机理和破坏模式,为仿真研究提供重要验证依据;基于试验结果,研究八地脚螺栓塔脚板有限元建模方法,通过大量仿真计算结果进一步探讨塔脚板受力机理和破坏模式,探究符合设计安全有效的塔脚板受拉承载力确定方法,并分析底板宽厚比、螺孔位置和加劲肋等塔脚板重要设计参数对其受拉承载能力的影响规律。以上研究将为八地脚螺栓塔脚板受拉承载力计算以及塔脚板参数优化设计提供一定的基础理论和设计参考。     

沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律

基于沥青路面分析仪疲劳试验,通过调整试件的宽跨比来增强试件尺寸对路面结构的代表性,研究沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律.制备原状、短期老化和长期老化3种板式试件,用往复移动的试验轮加载,使对边简支的板式试件内产生双向弯拉应力,测量疲劳过程中的挠度变化,观察裂缝开展过程,测定试件破坏时的疲劳寿命.板式试件疲劳试验显示了具有初始局部缺陷的有限宽度板在双向弯拉应力下的开裂过程.板底裂缝既呈现出从下至上的垂直扩展,又在板底水平方向呈现出长度的增加.板式试件的裂缝发展、裂缝形态及挠度变化均有别于梁式试件.     

活性粉末混凝土与普通混凝土叠合T梁静载抗弯性能研究

通过12片T形活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁试件和1片NC整浇梁试件的静载试验,研究RPC受拉区高度、NC强度等级、受拉纵筋配筋率对组合梁抗弯静载力学性能的影响.结果表明:随RPC受拉区高度增加,叠合梁的受弯开裂形态从接合面处NC先裂转变为梁底RPC先裂,且开裂荷载增加,但最终受弯破坏形态与整浇梁一致;叠合梁抗弯承载力随纵筋配筋率的提高而增大;提高NC强度等级对叠合梁抗弯承载力有一定提高作用.提出叠合梁开裂弯矩的计算方法,计算结果与试验吻合良好.使用有限元软件OpenSEES对RPC-NC叠合梁正截面抗弯破坏全过程进行分析,并基于扩展有限元理论(XFEM)对OpenSEES进行二次开发,分析叠合梁受弯开裂裂纹扩展全过程,分析结果与试验吻合良好,为进一步分析RPC-NC叠合梁开裂行为提供了理论应用基础.     

方钢管混凝土X型节点受拉力学性能的非线性有限元分析

为研究主管轴力、内填混凝土对方钢管节点受拉力学性能的影响,文章进行了X型节点受拉的非线性有限元分析。以方钢管混凝土X型节点受拉试验为研究原型,改变主管的轴力比、宽厚比、支主管宽度比等参数,设计了12个方钢管混凝土和12个方钢管X型受拉节点试件,分别从节点承载力、抗拉刚度、支主管应力分布等方面进行了对比分析。结果表明:改变主管轴拉比、支主管宽度比及主管宽厚比,方钢管混凝土相对于方钢管的节点承载力提高均不显著;主管受轴压力作用时,方钢管混凝土节点承载力高于方钢管节点;方钢管混凝土节点的抗拉刚度、抗疲劳性能显著高于方钢管节点。     

以ECC作为保护层的RC梁耐久性试验研究

针对海洋工程混凝土结构存在的耐久性差的问题,提出采用具有拉伸应变硬化特征和裂缝分散能力的高韧性纤维增强复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)作为海洋工程混凝土结构的保护层,以提高结构的耐久性.为验证ECC作为钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)梁保护层时抗氯离子侵蚀的有效性,本文设计了4个含ECC层的RC梁,以及3个普通RC梁试件,开展梁试件的电化学加速锈蚀模拟对比试验,并在锈蚀损伤的基础上对梁进行四点抗弯对比试验,分析了各试件锈蚀前、后以及抗弯试验过程中的破坏形态,锈蚀后的承载力等方面.试验结果表明:ECC与混凝土交界面在养护过程中易产生开裂,且加速锈蚀过程中裂缝宽度继续增加,对试件耐久性不利;含ECC层的RC梁试件承载力及初始刚度大于普通RC梁,但试件变形能力低于普通RC梁试件.     

公路罩面层聚合物改性界面剂粘结性能研究

选取立方体试件以及8字型试件,研究了在采用不同丁苯乳液掺量的界面剂处理下,新型聚合物改性水泥砂浆与普通水泥砂浆之间界面劈裂抗拉粘结强度、抗拉粘结强度;并对新旧水泥砂浆的界面处进行了微观结构观测分析。研究结果表明:在立方体劈裂抗拉粘结强度方面,当界面剂中丁苯乳液掺量优选m(丁苯乳液)∶m(水泥)=2∶3时,其28 d劈裂抗拉粘结强度取得最大值为2.465 MPa,明显高于其他界面剂配比的劈裂抗拉粘结强度;在8字型试件抗拉粘结强度方面:当m(丁苯乳液)∶m(水泥)=2∶3时,粘结试件的抗拉粘结强度亦达到最大;微观试验分析表明,掺有丁苯乳液的界面剂水泥砂浆内部界面过渡区(ITZ)相比空白样明显致密。