建筑新材料——弹性混凝土

美国伊利诺斯州伊凡斯顿市西北大学的科学家们,最近使用一种新办法,在普通的混凝土中加进聚脂、钢或玻璃的长纤维,制成了具有弹性的混凝土。这种新混凝土的弹性,比传统的混凝土强100倍。使用这种混凝土建筑的屋宇、道路和桥梁,能适应地震的震撼而不断折。它那经过改良了的强度,又可以使它在制造同样规模的工程构件时,用材量更少,从而节省更多的原材料。弹性混凝土的制法首先是掺入比目前使用的标准纤维强化混凝土更多的纤维。标准     

弹性混凝土有了用武之地

科学家将纤维加入混凝土中，制成了一种重量轻、抗裂缝并且更耐久的可弯曲材料。研究者说，这种已在日本、韩国、瑞士和澳大利亚得到应用的新型混凝土2005年夏将首次在美国投入使用。用纤维增强的混凝土并非新事物。但密歇根大学研制出的这种纤维混凝土抗裂性比目前修建人行道的材料高500倍，重量也轻40％。混凝土是水泥、水以及沙子或砂砾的混合物。在修建桥梁和建筑物时，通常使用金属丝或金属条来加强混凝土。     

混凝土剪力墙非弹性刚度研究

为研究混凝土剪力墙的非弹性刚度,根据悬臂剪力墙试件拟静力试验资料,建立了其侧移分析的简化力学模型,推导了考虑弯曲变形和剪切变形的剪力墙抗侧刚度计算公式;基于15组混凝土悬臂剪力墙试件的荷载-侧移试验数据,对影响剪力墙抗侧刚度的主要因素(包括边缘构件配筋率、轴压比以及纵筋的屈服应变等)进行多元非线性回归分析,给出了悬臂剪力墙开裂、屈服和峰值点的侧向刚度计算公式,并与试验结果进行比较.对比发现计算的数据点均在45°斜线两侧,分布比较集中,拟合效果较好.     

老化混凝土板分层弹性分析

为了更加准确地认识混凝土板劣化后的状态,根据实验得到的结果,建立了混凝土板劣化后的多层分析模型,相应建立了混凝土老化后的应力－应变,内力－应变关系和平衡方程;并 均布载荷作用下简支板的弯曲变形。     

混凝土线弹性断裂性能及断裂韧度

本文用试验的方法研究了混凝土的线弹性断裂性能.首先以79根试样测定了350~#凝混土的KIc为426.4千牛/米~(3/2),450~#则为500.4千牛/米~(3/2).关于凝混土KIc的尺寸效应问题,本文从脆性破坏统计理论导出了不同尺寸试样间KIc的换算公式,并进行了试验验证.应用声发射技术分析混凝土的裂纹扩展情况是有效的,本文介绍了这方面的试验和结果,并确定了混凝土的失稳扩展点.混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的临界曲线和断裂角曲线是以40根(10种组合)斜裂纹试样和24根(6种组合)四点剪切试样的试验得出的,两类试样的结果十分接近.同时,还得出混凝土的KⅡc.     

基于神经网络的混凝土大坝弹性参数识别方法

基于人工神经网络方法,根据云峰大坝坝顶水平位移观测资料识别大坝混凝土和岩石基础的弹性模量,采用修正的ＢＰ学习算法,并通过对迭代步长的优化计算及对观测数据的归一化处理,提高了参数识别的速度和精度,云峰大坝的工程实际应用表明,用神经网络方法识别材料参数具有识别精度高和收敛速度快等特性,拟合误差小于０．１５ｍｍ。     

离心钢管混凝土结构弹性扭转应力分析

采用弹性力学的基本分析方法，建立了离心钢管混凝土构件扭转作用的基本方程。假定应力函数的基本模式，令其满足平衡方程及力的边界条件；通过对层合材料扭转余能的变分使协调条件得到近似满足，确定了离心钢管混凝土构件在扭矩作用下的横截面及层间剪应力的具体计算公式。     

混凝土棱柱面网壳的弹性稳定分析

混凝土棱柱面网壳是由曲面切割成一系列平面后,再将每块平面网格化成密肋平板并在脊线处汇交形成的一种新型混凝土网壳结构,为探讨其稳定性能,并了解结构失稳模态和失稳荷载,以及矢跨比、屋面板厚度和密肋梁、脊线梁、主拱及边梁刚度等因素对结构临界荷载的影响,本文采用有限元法进行结构弹性稳定的参数化分析。计算结果表明:结构的低阶失稳模态与柱面拱壳具有较大的整体相似性,模态最大位移主要出现在密肋平板上,设置主拱和脊线有利于提高结构刚度,弹性失稳临界荷载远大于结构的使用荷载;增大矢跨比能有效提高结构的整体刚度,建议结构的矢跨比不宜低于1/6;屋面板厚度可取网格短边尺寸的1/30;增加密肋梁的截面高度有利于提高结构的弹性稳定承载力,密肋梁截面高度可按结构跨度的1/100～1/80确定;主拱是屋盖的主要受力结构,其截面高度可按屋盖跨度的1/70～1/50确定;脊线梁和边梁刚度的改变几乎不会对结构的临界荷载产生影响。     

圆形混凝土柱老化后的弹性分析

考虑到混凝土在环境载荷以及化学作用下而具有沿截面渐进劣化的现象,对一维老化混凝土柱的弹性应力场进行了分层研究,得到了一些有意义的结论。     

钢-混凝土组合梁弹性屈曲的力学性能

为避免钢混凝土连续组合梁发生局部失稳 ,对负弯区钢梁腹板在弯曲应力、轴向压应力和剪应力联合作用下的力学性能进行了研究。基于偏心受压与剪切作用下的相关方程和各种简单受力条件下的屈曲分析结果 ,计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲因数 ,并提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。计算表明 ,连续组合梁负弯矩区钢梁腹板的弹性临界高厚比主要受弯曲应力的影响 ,其次为剪应力。与现有规范相比较 ,该计算方法具有更广泛的适用性     

钢管混凝土模型拱的弹性动力稳定性研究

以一钢管混凝土模型拱桥为例，首次进行了此类桥型在地震激励下的动力稳定性分析，探讨了结构动力稳定临界荷载的判定方法，初步建立了适合拱结构的动力稳定性判别准则，并研究了初始几何缺陷和地震加速度输入方向对动力稳定性能的影响，为进一步研究实际结构的动力稳定性能打下了基础。     

混凝土非线弹性正交异性本构模型

通过对混凝土多轴应力下强度、变形和破坏形态的大量试验研究，建立了非线弹性正交异性本构模型。根据试验规律，建议了拉应力指标α以划分混凝土的破坏形态，并分别给定适宜的等效单轴应力—应变关系；定义了合理的应力水平指标β；给定拉、压应力状态泊松比值的不同变化规律和公式。本构模型与试验曲线比较，无论是应力—应变曲线的形状和绝对值，以及不同应力比下的峰值应变变化规律都符合良好     

碳纤维增强混凝土结构温度应力的弹性解

针对混凝土与碳纤维热膨胀系数不同的特点，首先根据界面上变形协调与截面上内力平衡，导出了变温工况下混凝土梁与碳纤维内部温度应力的计算公式，并分析了影响温度应力的主要参数。然后针对实际问题将解析解与有限元分析结果进行对比，证实了利用解析方法可对温度应力进行正确的计算，说明了在加固设计中考虑温度应力的必要性。     

混合配筋预应力混凝土密肋楼盖弹性设计

根据经典弹性薄板理论,建立双向密肋楼盖的力学平衡方程,推导出双向密肋楼盖在x、y方向上的抗弯刚度计算公式,并按正交各向异性板,推导出周边简支混合配筋预应力混凝土双向密肋楼盖的弯矩分配公式,计算结果与数值模拟结果和试验结果吻合较好．     

基于细观力学的混凝土有效弹性性能预测

假定混凝土材料为由骨料和砂浆组成的二相复合材料,建立了混凝土随机骨料模型;按骨料与砂浆基体的弹性性能比值生成骨料较硬和较软两类试件进行有限元数值试验,系统研究了混凝土有效弹性性能预测中多种细观力学方法的优劣及各细观力学方法的适用范围.将细观力学方法预测结果与有限元数值试验得到的结果进行比较,并对这些细观力学方法预测精度及其变化规律进行了讨论.数值试验结果表明,当骨料体积和骨料与砂浆弹性模量比较大时,细观力学方法预测的结果误差较大,需要研究新的方法预测混凝土的有效弹性性能.     

钢管混凝土拱极限承载能力分析的弹性调整法

钢管混凝土拱由于外包钢管与核心混凝土共同作用,其承载能力分析比较复杂,根据钢管混凝土拱肋轴力和弯矩共同作用下的极限强度,引入拱肋强度系数,建立结构塑性极限荷载的弹性模量调整计算格式,提出弹性模量调整及迭代收敛策略,利用弹性分析钢管混凝土拱的极限状态,求得极限承载能力,编制了计算程序分析钢管混凝土拱塑性极限状态,与模型试验、相关规范计算结果和模型试验结果比较分析可知,本文方法迭代次数少,具有很快的收敛速度和较高的计算精度,可为钢管混凝土结构拱桥的极限承载能力分析提供科学和高效的计算方法。     

混凝土骨料粒径对弹性波特征参数衰减影响研究

混凝土的物料组成影响着弹性波特征参数的衰减规律,该规律的研究对于提高工程安全检测精度意义重大.以0.1～0.25 mm,0.5～1 mm,1～2 mm和2～5 mm粒径的砂为骨料制成板状混凝土试件,利用声发射测量系统记录不同传播距离处的信号全波形,分析骨料粒径对弹性波衰减过程的影响机制.结果表明:弹性波的幅值按负指数函数衰减,衰减系数分别为0.04375,0.02579,0.02185,0.01871,即骨料粒径越小,则幅值的相对衰减速度越快;弹性波能量衰减规律也符合负指数函数,粒径越小,则能量衰减速度越快;弹性波的衰减速度与频率密切相关,随传播距离的增加,信号主频和频谱重心均近似线性下降,即高频信号部分衰减更快;此外,声发射信号振铃计数大致呈对数函数衰减.     

基于混凝土黏弹性变形机制的近场动力学方法

原始近场动力学的控制方程由保守力做功的能量方程得到,从而无法合理反映材料的黏弹性变形行为和系统能量耗散。针对这一问题,提出一种考虑非保守力做功的近场动力学方法,其理论框架包括两部分：①材料点的黏弹性相互作用及其运动方程;②键的率相关断裂准则。在描述材料点运动方面,基于对混凝土变形机制的认识,提出了材料点之间的黏弹性相互作用模型,采用考虑能量耗散的哈密尔顿原理建立了黏弹性运动方程,利用黏弹性近场动力学方法与连续介质力学的能量密度等效的方法提出了弹性参数和黏性参数确定方法;在描述键的断裂和材料强度方面,利用混凝土动态单轴S强度准则发展了键的率相关断裂准则。通过数值实验,探讨了黏弹性近场动力学方法的功能和优越性。结果表明,发展的近场动力方法能够合理反映加载速率对混凝土变形、强度和开裂行为的影响。     

纤维混凝土中应力传递机制的弹性理论分析

应用三维弹性理论对纤维混凝土中的应力传递机制进行分析．按文献［１］的思路，将应力和位移解看作一组“初等解”和一组“修正解”的叠加；“初等解”即为一般的二维理论所得的解，而“修正解”应用拉甫（Ｌｏｖｅ）位移函数法求得．计算实例表明，解的收敛性良好．将三维弹性理论解析解与剪滞法近似解比较后，可见两种解存在较明显的差别     

纤维混凝土界面应力传递机制的三维弹性分析

采用Love位移函数法分析了纤维拔出问题中粘结段的界面应力传递机制。建模时避免了传统模型不精确的假设,对整个粘结段直接进行三维弹性分析,获得了收敛性较好的解。分析结果表明,纤维和基体的应力及位移均为变量,且在界面上存在法向应力突变现象。将计算结果与传统模型的解进行对比,发现两者在界面剪应力和截面平均拉应力分布上也存在较明显差别。该模型满足所有平衡条件、连续条件和大部分边界条件,可用于检验纤维拔出模型的精度和微观力学分析。