用刚体弹簧元法研究全级配混凝土力学性能

提出了采用刚体弹簧元法在细观层次上对全级配混凝土的力学特性及破坏机理进行数值研究的方法.该方法首先根据全级配混凝土骨料级配曲线和Walraven函数,使用蒙特卡罗随机理论建立起考虑细观各相力学特性分布不均匀性的随机骨料结构,并对其进行三角形或任意多边形的网格剖分;然后应用刚体弹簧元模型,对全级配混凝土在单轴及双轴荷载下的变形和力学性能进行了系统性的数值试验,并探讨了不同骨料级配及试件尺寸对混凝土力学性能的影响.与实际试验结果的比较表明运用该方法数值模拟全级配混凝土的力学性能是可行的.     

全级配混凝土梁动强度提高机理研究

基于细观力学方法对全级配混凝土梁的动强度提高机理进行研究.假定混凝土由骨料、砂浆和界面三相材料组成,按全级配混凝土实际配比生成随机混凝土骨料模型.采用塑性损伤模型并考虑材料的应变软化,利用全级配混凝土梁的静弯拉(破坏)试验标定骨料、砂浆和界面的参数.在此基础上对冲击荷载下全级配混凝土梁的动弯拉破坏过程进行数值模拟,重点讨论惯性效应和应变率效应对混凝土材料强度增强因子的影响.研究结果表明:(a)当应变率小于8s-1时,材料惯性对梁的极限荷载影响可以忽略不计;当应变率大于8s-1时,材料惯性对全级配混凝土强度的动力增强因子(SDIF)影响增大.(b)当应变率小于20s-1时,率效应对SDIF影响较大,在高应变率区SDIF主要受材料惯性的影响.此外,探讨了初始缺陷(损伤)对全级配混凝土梁破坏荷载的影响.     

全级配混凝土强度尺寸效应及变形特性研究

采用近似理想刚性试验机，对全级配及相应湿筛混凝土立方体试件进行了单轴抗压强度尺寸效应的试验，与此同时还测出了应力－应变全过程曲线及泊桑比与体应变．试验结果表明：全级配与湿筛混凝土的强度均存在尺寸效应，其变化规律符合Ｗｅｉｂｕｌ脆性材料强度统计理论．全级配混凝土的脆性较湿筛混凝土小，其应力－应变全过程曲线与圆柱体试件的应力－应变全过程曲线形状相似     

全级配混凝土抗拉性能的随机特性及数值分析

以大型水利水电工程中广泛运用的全级配混凝土为对象,研究了骨料的几何随机性和砂浆、界面(骨料/砂浆界面)的力学随机性对全级配混凝土抗拉性能的综合影响.基于非线性损伤理论以及有限单元法,采用FORTRAN自编程序,通过50组随机试件的单轴拉伸数值试验,研究了骨料、砂浆及界面的随机特性对弹性模量、峰值应变以及极限抗拉强度的影响,对比了各自的影响程度,探讨了数值分析中同时考虑骨料、砂浆及界面随机性的必要性.     

全级配混凝土强度试验的样本容量及大小试件强度的比值

运用统计学理论给出了全级配混凝土试件强度的概型分布,导出了试验样本容量与变异系数之间的关系式,对全级配混凝土强度与其对应湿筛后混凝土强度之间的比值进行了统计分析,给出了该强度比值的概型分布及其相应的置信区间,为工程应用提供方便。     

骨料级配对水工全级配和湿筛混凝土拉伸断裂性能差异的影响

采用湿筛混凝土表征全级配混凝土力学性能是解决试验条件受限时水工混凝土性能测试的重要方法.目前关于骨料级配对水工全级配和湿筛混凝土拉伸断裂性能差异的影响少见研究,因此论文采用细观有限元分析与Monte Carlo模拟相结合的方法,在分析不同骨料级配水工全级配和湿筛混凝土拉伸断裂性能差异的基础上,重点探究上述差异随骨料级配的变化规律.研究表明,骨料级配对全级配与湿筛混凝土拉伸断裂性能的差异有着较为明显的影响,主要表现在随着骨料粒径的增大和大骨料占比的提高,拉伸弹性模量的比值(大于1)增大,峰值抗拉强度、峰值拉伸应变及断裂能的比值(小于1)减小.     

大体积混凝土随机骨料数值模拟

在细观力学基础上将混凝土考虑为粗骨料、砂浆及它们之间的黏结层组成的三相复合材料．针对大坝等大体积全级配或三级配混凝土,骨料含量比较高(60％-70％)的特点,提出了一种新的高效投放算法,通过一次性随机投放形成同种骨料的所有三角形基骨料,然后在此基础上随机延凸,生成任意形状的随机骨料．与通常的圆形骨料只有2个随机数相比,该生成算法中每个骨料一般需要7个以上随机数,同时该方法的生成效率和骨料含量明显高于其他多边形骨料的生成算法．采用大型通用有限元软件MARC对东江拱坝三级配混凝土试件的单向轴拉破坏过程进行了全过程数值模拟,数值模拟计算结果与试验结果接近．     

界面过渡区力学特性对水工混凝土断裂性能的影响

混凝土界面过渡区(interfacial transition zone,ITZ)是影响混凝土宏观断裂性能的最薄弱细观组分,但现阶段对于其力学特性的测定仍极为困难,致使在混凝土细观力学分析中通常采用人为假定的方式确定其力学参数.鉴于此,本文建立了水工全级配混凝土细观有限元计算模型,并开展了一系列不同ITZ力学参数下的拉伸断裂细观数值模拟,系统研究了ITZ主要力学参数取值对水工混凝土断裂性能的影响规律.研究表明,ITZ弹性模量的变化对混凝土断裂性能影响很小;随着ITZ抗拉强度的降低,混凝土的抗拉强度减小,峰值应变增加,弹性模量变化很小,断裂模式也会发生变化,并导致断裂能的改变;ITZ断裂能的变化主要影响混凝土断裂能.研究成果可为水工混凝土细观力学分析中ITZ力学参数的合理确定提供参考.     

混凝土轴向拉伸全曲线试验及装置

介绍了一种简易的卧式拉力试验装置，应用该装置，测得了尺寸１００ｍｍ×１０ｍｍ×５５０ｍｍ的棱柱体混凝土试件的轴向拉伸应力－应变全曲线，该装置可以推广应用于测定全级配混凝土大试件的轴向拉伸应力－应变全曲线。     

确定现场浇筑全级配水工混凝土双K断裂参数的最小试件尺寸

文章通过试验分析确定了现场浇筑全级配水工混凝土双K断裂参数所需的最小试件尺寸.利用中国某特高拱坝施工现场拌合楼生产的混凝土拌合物,一次浇筑成型5组不同尺寸的骨料最大粒径d_(max)=150mm的全级配水工混凝土楔入劈拉试件.基于试验结果,分析了全级配水工混凝土的试件尺寸变化对断裂参数——起裂韧度K_(Ic)~(ini)及失稳韧度K_(IC)~(un)的影响规律.由试验研究结果可知,若得到不随试件尺寸变化的全级配水工混凝土双K断裂参数(K_(Ic)~(ini),K_(IC)~(un)),浇注试件的最小尺寸须满足:韧带高度H_2与骨料最大粒径d_(max)比值H_2/d_(max)≥6.基于相关试验成果,给出了无尺寸效应的双K断裂参数与骨料最大粒径d_(max)及拉伸强度f_t的经验公式.     

氯化钠侵蚀混凝土力学性能的试验研究

为研究NaCl环境下混凝土力学性能的退化规律,采用实验室加速腐蚀的试验方法,利用质量分数分别为10%和20%的NaCl溶液对C30混凝土试件进行侵蚀,对腐蚀后混凝土进行了抗拉和抗压力学性能测试。采用强度退化率和应变能损失率为损伤指标,对不同腐蚀程度混凝土力学性能的退化进行分析。结果表明,强度退化率和应变能损失率可以很好地反映混凝土的受腐蚀程度。在腐蚀作用初期,两者略有降低;随着腐蚀时间的延长和腐蚀液质量分数的增加,两者逐渐增加。     

浅谈GBF管现浇混凝土空心楼盖施工工艺

GBF管现浇混凝土空心楼盖施工技术是采用水泥复合薄壁管成孔工艺形成现浇混凝土空心楼盖结构的工艺技术。空心楼盖结构可大幅度减轻楼盖结构自重,充分发挥材料力学性能,增加结构内部空间,提高结构使用功能。     

EPS轻质混凝土饱水软化后的强度与变形特征*

与普通混凝土类似,聚苯颗粒混凝土遇水有也表现出软化效应,导致强度和刚度参数下降,为此,基于饱水软化试验,对不同干密度聚苯颗粒混凝土饱水72小时后进行了强度试验,结果表明：聚苯颗粒混凝土的软化系数在0.8附近及其以上,接近于耐水性材料。饱水或干燥时,应变在1%~2%范围内时变形以弹性变形为主,且峰值强度在3%附近。当应变在2%以前,饱水前后应力-应变曲线较为接近,表明在弹性阶段饱水前后力学性质较为接近,2%应变以后,表现为峰值强度下降,割线模量降低。     

Test Studies on Performances of TGP Total Gradation Concrete

The Three Gorges Project （TGP） is the largest water conservancy and hydropower complex in the world, with a concrete consumption of 28 million m^3 in total. For such a significant world-attracting project, first rate quality concrete is needed. Various mechanical and deformation performances of hydraulic mass concrete are determined conventionally by the wet screening method to make small specimens and the test results of the small standard specimens are taken to represent the properties of the mass concrete. However, the quantity of the coarse aggregate after wet screening would be reduced by 30% or so and the gel materials would increase by 20% or so, thus causing significant differences between the properties of the small concrete specimen and that of the total gradation concrete. To well understand the performances of the total gradation concrete of TGP dam, test studies have been performed on the total gradation concrete, including compressive strength, split tensile strength, elastic modulus, ultimate tension, dry shrinkage, self volume defomation, creep, seepage prevention, and so on, and comparison made with the small standard specimens to find out the relationship between them, which have provided scientific gound for the design, operation and safety verification of the TGP dam.     

高石粉含量下C80混凝土力学性能数值模拟研究

为研究石粉含量和纤维掺量对C80混凝土基本力学性能（包括立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弹性模量）的影响,本文结合Digimat和Abaqus建立2D随机骨料模型、3D纤维混凝土细观模型。将不同石粉含量、纤维掺量下混凝土的数值模拟与同等条件下基本力学试验结果进行对比分析：2D随机骨料模型中过高（石粉含量大于5%时称为高石粉含量）的石粉含量会降低混凝土的整体力学性能,石粉含量越低模拟值与试验值越接近,当石粉含量为5%时混凝土的整体力学性能达到最佳。3D纤维混凝土细观模型中不同纤维类型对高石粉含量混凝土的强度有不同影响,与玄武岩纤维相比,铜镀纤维的掺入对高石粉含量下混凝土力学性能的增幅更明显。铜镀纤维体积分数为4%和6%时均能提高混凝土力学性能,当体积分数为6%时,混凝土数值模拟与试验结果误差小于7.1%且力学性能达到最优;玄武岩纤维混凝土的抗压性能随纤维体积率的增加而降低,当纤维体积率为1 kg/m3时数值模拟结果与试验结果误差范围在0.4%-8.7%,但对混凝土整体力学性能的提升较小。     

基于力学响应的全厚式高模量沥青路面结构组合及优化

为了分析高模量沥青混凝土在全厚式沥青路面中的合理层位及使用情况,基于山东省典型全厚式沥青路面结构,通过构建全厚式沥青路面结构数值模型,分别将高模量沥青混凝土置于下面层、基层、底基层、基层+底基层、下面层+底基层及不设置高模量沥青混凝土六种工况,分析了各工况条件下力学响应指标的差异,以力学响应改善率为指标确定高模量沥青混...     

水泥混凝土路面力学性能研究综述

水泥混凝土路面的力学性能分析是路面结构设计的基本依据.系统地介绍了水泥混凝土路面结构的弹性地基板、弹性层状体系等各种力学模型,分析了各种力学模型的优缺点,并给出了其解算方法的发展历程.在此基础上,展望了路面力学性能研究的发展趋势.     

高地温地下工程支护混凝土研究现状及进展

在系统分析高温对混凝土水化硬化的影响机理以及高温对混凝土结构带来的温度应力、强度和耐久性问题的基础上,针对高地温地下支护混凝土的研究和应用,总结了高温对围岩与喷射混凝土黏结强度、力学性能的作用机制,随后分别对矿物掺合料、轻质骨料、纤维等外掺料在提高混凝土的隔热性以及增强、阻裂等方面进行了综述,结果表明:矿物掺合料可降低...     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

为评估ABAQUS有限元软件中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,用该模型对混凝土材料单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析.结果表明,混凝土损伤塑性模型可以较为精确地模拟单轴受压、单轴受拉、双轴受压以及双轴受拉状态下混凝土材料的力学性能,能较好地反映双轴应力状态下的材料破坏包络线,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其破坏特征,但不能很好地描述双轴拉压应力状态下混凝土材料的力学性能,也不能反映材料的体积应变发展变化规律.     

初始损伤对混凝土硫酸盐腐蚀劣化性能的影响

通过试验研究含初始损伤混凝土在硫酸盐腐蚀和干湿循环共同作用下的性能,分析了不同初始损伤程度混凝土随腐蚀时间的增加,其质量、超声波传播速度、强度、单轴压缩应力应变曲线以及声发射活动的变化,运用损伤力学对腐蚀损伤进行定量评价和参数拟合,基于声发射特性建立含初始损伤混凝土的腐蚀受荷损伤模型并进一步分析其损伤演化过程,借助环境扫描电镜与电子能谱技术观测分析受硫酸盐腐蚀作用初始损伤混凝土微结构的变化,揭示其损伤机理.试验结果表明,随着腐蚀时间的增加,不同初始损伤程度混凝土的质量、超声波传播速度和强度均呈先增大后减小,初始损伤程度增加会加速混凝土在腐蚀作用下物理力学性能的劣化,其影响存在阈值,分别以抗压强度、超声波速为损伤变量可以建立混凝土的腐蚀损伤劣化方程,并进一步得出不同损伤表达式间的函数关系;相同腐蚀时间下,初始损伤的增加使声发射活动减弱且产生明显的声发射的时间滞后;初始损伤下,基于声发射特性的混凝土损伤演化过程可分为初期压密阶段、损伤稳定演化阶段和损伤加速发展阶段3个阶段;初始损伤的增加使混凝土内部腐蚀反应更为活跃,微裂纹网络体系比无初始损伤状态下更加发达,呈现龟裂状延伸和扩展,进而改变了混凝土的宏观物理力学性质.