气体炮冲击高强混凝土试验的数值模拟

采用一级气体炮和锰铜压力计测试技术,对C100级混凝土试件在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量,通过数值模拟得到了混凝土的高压状态方程参数,研究了混凝土的动态力学性能.由于冲击过程非常短暂,层裂往往发生在试件内部,导致层裂现象很难观测到,通过数值模拟,文章展现了试验没有观测到的层裂现象.     

增韧氧化铝陶瓷的层裂强度及压缩损伤研究

采用一级轻气炮对增韧ZTA 95/10陶瓷进行一维应变冲击压缩,通过激光干涉测速技术测量样品的自由面速度剖面,计算经过冲击压缩后残余的层裂强度,分析了其与加载应力的关系,并与未增韧的AD95陶瓷进行了对比,讨论了冲击压缩损伤程度随加载应力的变化关系以及增韧效果. 结果表明:加载应力在其雨贡纽弹性极限σ_HEL(约4.1 GPa)以下,ZTA 95/10陶瓷的层裂强度基本稳定,平均值为0.39 GPa,材料未发生压缩损伤;超过σ_HEL,层裂强度逐渐降低,开始发生压缩损伤;层裂强度在1.5倍σ_HEL附近降低到0,表明压缩损伤程度比较严重. 与AD95陶瓷相比,加载应力在3.7 GPa(AD95陶瓷的冲击压缩损伤阈值应力)以下,两种陶瓷的层裂强度基本相当;加载应力进一步增大,AD95陶瓷的层裂强度快速降低,而增韧后的ZTA 95/10陶瓷的层裂强度下降并不明显,表明ZTA 95/10陶瓷的压缩损伤程度远小于AD95陶瓷,这在一定程度上体现了增韧效果.      

高压撞击下E36船用钢的动态响应研究

针对船用钢材料在超高应变率下的动态响应机制及变形强化机理尚不明确的技术基础问题，通过一维平板撞击试验测得了10，20及30 GPa撞击压力下E36船用钢的自由表面速率?时间曲线，计算得到了E36船用钢的Hugoniot弹性极限和层裂强度，利用ANSYS软件模拟了不同撞击压力下的温度场；并采用SEM、TEM等技术研究了E36船用钢在高压撞击下的损伤演化规律和变形强化机理. 试验结果表明:不同撞击压力下材料均发生了层裂，毁伤机理为微孔和微裂纹形核、长大和聚合；随着撞击压力的增加，E36船用钢的Hugoniot 弹性极限变化不大，层裂强度逐渐增加，相变强化、位错强化和孪晶强化是E36船用钢在高压、高应变率下的主要强化机制.      

沥青混凝土路面光栅应变传感器的试验研究

疲劳是沥青路面设计标准之一,沥青混凝土的疲劳失效与沥青层底拉应变值的大小相关。为了准确测得在实际车辆荷载作用下沥青层底的应变响应,采用光栅应变传感器代替传统的电信号传感器进行路面应变测量的试验研究,结果表明光栅传感器在抗振动、抗电磁干扰等方面性能较好,试验结果与路面结构和材料类型相符,能够满足路面应变测量的要求。     

钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对纤维体积率为0～3%的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了中应变率的冲击压缩试验.试验表明,应变率从阀值提高到90 /s时,SFRHSC峰值应力增幅30%左右,弹性模量增幅50%左右,峰值应变增长幅度则是基体混凝土的2～3倍.集料-高强基体和钢纤维-高强基体的双重叠加效应,大大提高了基体的抗冲击强度和韧度,使SFRHSC试件在冲击荷载作用下呈现出"微裂而不散,裂而不断"的良好破坏形态,而在相近的冲击荷载下,基体混凝土试件成粉碎性破坏.根据试验结果建立了SFRHSC四参数率相关性本构方程,该方程同时考虑了应变率和应变对材料应力的影响.     

混凝土材料性能对其裂缝影响试验研究

用混凝土的抗拉强度和抗拉应变试验研究了混凝土材料性能对混凝土缝裂的影响，并提出了控制裂缝的对策。试验结果证明：合理的使用混凝土配合比、骨料粒经、严格的施工生产可提高混凝土的抗拉强度和抗拉应变，并可预防裂缝的产生。     

钢纤维掺量和应变率对超高性能水泥基复合材料层裂的影响

为研究防护工程用超高性能水泥基复合材料的层裂特性,利用大掺量(60%)超细工业废渣取代水泥,最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600 μm的磨细石英砂,在标准养护条件下成功制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC).并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的UHPSFRCC材料进行了层裂实验,研究了应变率和纤维掺量对该材料层裂性能的影响规律.结果表明,UHPSFRCC材料的层裂强度随纤维掺量的增加、应变率的提高而相应地增长;低应变(21～25/s)条件下,掺加3%和4%钢纤维后的UHPSFRCC材料,层裂强度分别提高到了2倍和2.5倍,且随着应变率的提高,层裂强度的增加幅度不断降低;低应变率下材料多发生1次层裂而高应变率下则产生2次甚至多次层裂现象.     

中高应变率下沥青混凝土动力增长系数研究

为研究沥青混凝土材料在强动载条件下的动态性能,采用液压伺服试验机和霍普金森压杆(SHPB)对沥青混凝土进行了不同应变率下的压缩试验,得出了中高应变率下沥青混凝土材料的动力增长系数(DIF)和材料的动态应力-应变关系曲线.运用考虑应变率效应的弹塑性损伤模型对沥青混凝土的SHPB试验进行模拟,并通过室内试验确定本构模型中的关键参数,如强度面曲线和损伤因子等.结果表明:采用液压伺服仪和SHPB可以有效地得出沥青混凝土在中高应变率下的动力增长系数,沥青混凝土抗压强度随着应变率的提高而增加;采用室内试验可以快速准确地确定弹塑性本构模型中的相关参数,用以表述沥青混凝土的应力-应变关系;当数值模拟中采用SHPB试验中获取的动力增长系数时,将导致惯性效应的重复,故对沥青混凝土材料进行高应变率下数值模拟时,应不考虑SHPB试验中由于环向惯性效应所引起的那部分动力增长系数,即需要对SHPB试验所得的动力增长系数做修正.     

聚丙烯纤维混凝土动态力学性能SHPB试验研究

通过对不同含量聚丙烯纤维混凝土材料进行不同应变率的SHPB试验,试验结果表明,聚丙烯纤维混凝土的强度、韧度都随着聚丙烯纤维含量的增加而显著提高,并且在高应变率下,聚丙烯纤维混凝土呈现出“裂而不散”的破坏形态。     

再生混凝土疲劳损伤演化的定量描述

利用再生混凝土的疲劳试验结果,分析常用的几种损伤变量定义法的优缺点;其次,根据疲劳损伤的三阶段演化规律,提出倒S非线性疲劳累积损伤模型,给出材料参数的物理含义及取值范围;最后,基于倒S模型研究再生混凝土的损伤演化规律和疲劳寿命。分析结果表明,弹性模量法、超声波速法、最大应变以及残余应变法都能够反映再生混凝土的疲劳损伤演化规律,而残余应变法由于概念明确,考虑疲劳初始损伤,因此更为合适;拟合得到的损伤演化方程与试验数据高度相关,而理论分析得出的疲劳寿命的变化规律与试验结果也相一致;倒S模型涵盖了损伤演化规律的各种类型,具有适应性强、精度高的特点,适用于混凝土材料的损伤演化描述。     

接触爆炸钢筋混凝土板的震塌效应

为研究震塌对防爆结构的破坏效应,进行了有限厚度钢筋混凝土板接触爆炸分析研究。现场试验归纳出爆炸成坑、爆炸震塌、爆炸贯穿和爆炸冲切形态。采用LS-DYNA程序对板体的变形、破坏动态过程等进行了数值模拟,通过对影响爆炸震塌效应参数的分析,引入了新的震塌破坏系数及破坏等级,提出了新的震塌厚度计算公式。结果表明,数值模拟与现场试验吻合良好;震塌破坏厚度与装药量、板厚及其强度性质等因素有关。     

超材料混凝土抗冲击效应数值研究

作为一种广泛应用的工程材料,混凝土材料抗拉强度低的缺点限制了其应用.当高速冲击荷载作用在混凝土结构上时,由于混凝土的脆性和较低的抗拉强度,结构后部的混凝土通常会产生严重的层裂破坏.因此,有效降低混凝土的层裂破坏对于提高结构性能很重要.近些年学者提出了局域共振超材料,它利用人造微结构的存在能使该超材料呈现出天然材料所不具备的超常物理性质.本文借鉴局域共振超材料的工作原理,通过将混凝土中的部分天然骨料替换为人工骨料超材料来降低冲击荷载下的层裂破坏.通过LS-DYNA,建立考虑随机分布的砂浆、天然骨料和人工骨料的超材料混凝土三维细观模型来进行层裂实验的数值模拟.研究超材料混凝土在冲击荷载作用下的材料性能以及人工骨料的材料属性和几何属性对超材料混凝土动态性能的影响.     

不同饰面材料高强混凝土柱的高温试验

开展了8根装饰有不同饰面材料的高强混凝土柱式构件在ISO834标准升温条件下的明火试验，考察了饰面材料对构件表面混凝土爆裂的影响；分析了不同饰面材料高强混凝土构件的内部温度场，并与试验结果进行了对比。研究结果表明：（1）饰面材料的引入虽然延缓了构件表面混凝土的起爆时刻，但却加重了其爆裂程度；（2）双层防火板可较好地抑制构件表面混凝土的高温爆裂；（3）将饰面材料折算为等效混凝土的做法，总体上可较好地反映饰面材料对构件截面温度场的影响。为确保实际工程中高强混凝土构件具有足够的耐火能力，科学合理地评估饰面材料的作用是十分重要的。     

钢筋混凝土高墩多水准抗震性能试验研究

对4个钢筋混凝土箱形高墩模型开展了拟静力试验研究,并重点研究结构在不同损伤状态下的性能及相应的变形指标.采用夹式引伸计监测了裂缝开展全过程,指出采用卸载至位移零点时的裂缝宽度会严重低估结构的残余裂缝损伤,同时允许震后结构产生不需要修复的残余裂缝比完全基于弹性响应可以多出10%～30%的强度折减空间.试验中还观测了混凝土压溃、严重剥落等损伤,并基于美国太平洋地震工程中心(PEER)数据库等相关试验结果进行了对比验证,结果表明发生混凝土压溃时的各样本墩顶偏移率分布较为集中,约为2.39%,试验结果与样本统计结果符合较好.各试件的最终破坏均表现为纵筋断裂,分别采用Priestley和Berry的等效塑性铰长度计算公式进行了对比,结果表明Berry公式对高墩极限位移的符合性相对较好.     

基于可变数组管理方法的震塌破坏数值仿真

以弹塑性力学和动力有限元理论为基础,采用动态数组和动态地址管理方法,依据震塌破坏准则,适时判断震塌破坏单元,并相应改变有限元计算区域以及由此产生的自由度、A数组及相关地址的适时改变,对防护结构在爆炸载荷作用下的震塌破坏效应进行了数值仿真研究. 在RSEAP程序的框架基础上,编制了相应的计算程序,并利用该程序对典型的钢筋混凝土板爆炸震塌实验工况进行数值仿真,仿真结果与实验结果的对比表明两者吻合较好.     

火灾作用下长期服役与新浇筑混凝土梁爆裂性能比较

对比分析了新浇筑钢筋混凝土梁和长期服役的钢筋混凝土梁火灾破坏特征和力学行为。试验采用恒载升温模式,并使用孔隙压力测量装置和非接触式光学应变采集仪获取了火灾下梁试件的孔隙压力、位移和应变发展等相关数据。试验结果表明,新浇筑钢筋混凝土梁的爆裂程度取决于混凝土含水量。由于环境作用,长期服役的钢筋混凝土梁含水量较低,其爆裂程度远小于新浇筑试件。然而,自然碳化造成长期服役钢筋混凝土梁强度降低,且存在较多微细裂缝,导致内部钢筋在火灾高温下失去隔热保护,从而使受力钢筋高温失效,混凝土梁发生脆性开裂。另外,在火灾高温和拉应力共同作用下,钢筋混凝土梁爆裂时机提前,而孔隙水压力峰值相应降低。     

恒压荷载下混凝土柱高温性能测试方法

混凝土构件在火灾中的高温耐火性能对建筑结构的安全性具有重要意义.根据混凝土柱构件在火灾中承受恒压荷载和高温双重作用的特征,设计出一种混凝土柱高温性能测试方法:将混凝土柱置于恒压荷载下,对其进行加热并恒温,测试加热至不同温度的混凝土构件的性能变化.根据混凝土柱在加热过程中的初始爆裂温度、高温后的爆裂程度、裂缝形态和力学性能等指标,评价其高温耐火性能.通过对3组高强混凝土棱柱体进行测试,结果表明:该方法能反映出受压混凝土柱构件的耐火性能,并且具有对测试仪器要求不高、测试方法简便和结果可靠的特点.     

混凝土桩锤击施工时层裂破坏的有限元分析

对混凝土桩锤击施工中出现的桩身层裂破坏现象进行分析。应用大型有限元计算软件LS-DYNA对混凝土桩在软土地基中锤击施工时的破坏现象进行模拟,结合一定的理论模型讨论,分析打桩过程中产生层裂破坏现象的各种影响因素。分析结果表明：应力波的入射压缩和反射拉伸直接影响桩身裂缝的开展情况。研究结果对混凝土桩的设计、制造与锤击施工有一定的指导作用。     

基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型

为了评估钢筋混凝土(RC)构件的损伤状态,在Maltab中建立了基于刚度退化和纤维梁柱单元的损伤模型.首先在OpenSees中建立基于纤维梁柱单元的构件、结构数值分析模型,将分析模型所得到的纤维应力、应变值导入在Matlab中所建立的损伤模型,并计算纤维、截面、构件的损伤值.所建立的损伤模型使用再加载刚度退化定义混凝土纤维的损伤,使用低周疲劳准则定义钢筋纤维的损伤,使用塑性应变定义预应力筋的损伤,并分别使用截面抗弯刚度退化、杆端抗弯刚度退化评估截面、构件的损伤.最后,选取循环荷载作用下的一榀预应力混凝土框架结构试验,对所建立损伤模型的适用性进行验证.结果表明:该损伤模型不仅可以准确地预测构件的损伤状态,而且可通过刚度组装和静力凝聚方法在各层次损伤指数间建立紧密的联系.此外,所建立的损伤模型将来可被嵌入OpenSees,直接实现针对混凝土构件和结构的损伤评估.     

偏高岭土混凝土抗冻性能及寿命预测

通过开展偏高岭土混凝土的力学性能及抗冻性能的试验研究,分析了不同偏高岭土掺量下试件的抗压强度及抗冻性的各项指标的变化规律,并针对内蒙古地区,对不同掺量的偏高岭土混凝土进行了抗冻耐久性寿命预测.试验结果表明,偏高岭土混凝土的抗压强度随着偏高岭土掺量的增加逐渐增大;随着偏高岭土掺量的增加,试件的抗剥落情况得到明显改善,抗冻...