碾压混凝土劈裂抗拉强度及其尺寸效应的细观数值研究

为了从细观结构上研究碾压混凝土的劈裂抗拉强度及其尺寸效应,采用随机骨料模型,在细观层次上将碾压混凝土看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆体、粗骨料颗粒、二者间的黏结带和砂浆层面构成的三相非均质复合材料;利用有限元方法数值模拟研究碾压混凝土的细观损伤断裂和劈裂抗拉,对其劈裂抗拉强度及其尺寸效应进行了研究。结果表明:黏结带和层面是碾压混凝土劈裂抗拉破坏的薄弱环节;碾压混凝土试件的劈裂抗拉强度存在明显的尺寸效应,和一般的试验规律基本吻合;随机生成骨料结构的方法,可以有效地研究碾压混凝土的细观损伤断裂。     

RCC试件劈裂抗拉强度尺寸效应的数值模拟

碾压混凝土(RCC)试件与混凝土试件一样也存在着尺寸效应.笔者采用随机骨料模型模拟碾压混凝土的细观结构,利用有限元方法数值模拟碾压混凝土试件劈裂抗拉的细观损伤断裂,并重点对劈裂抗拉强度尺寸效应进行了研究.     

纤维加劲复合板与混凝土的粘结效应

研究了FRP板与混凝土之间的粘结效应。为获得局部粘结应力与滑移量的力学关系（τb-s），采用不同类型的纤维－混凝土试件，进行了双剪粘结试验。试验结果显示：粘结强度和粘结应力的分布状态随FRP板刚度变化，局部粘结应力与滑移量的关系与纤维的种类无关，最大局部粘结应力随混凝土的抗压强度增大而增大。局部粘结应力与滑移量关系的数值分析表明：试验结果与Popovics模型（利用Popovics方程可建立τb-s模型，该公式已用于混凝土抗压强度与应变关系的分析计算）具有较好的一致性。     

混凝土梁受弯破坏的三维细观数值试验

为了在细观层次上研究混凝土梁的损伤断裂机理,将混凝土视为由骨料、水泥砂浆和界面组成的三相复合材料。基于三维随机骨料随机力学参数模型,建立了2个混凝土梁湿筛试件的数值模型;模型MX1模拟骨料的随机分布,模型MX2在MX1的基础上模拟混凝土各相材料参数的随机性,通过这2个模型的抗弯数值试验,展现了混凝土梁损伤断裂和裂缝萌生与扩展的渐进过程。结果表明:数值试验得到的混凝土梁弯拉强度与真实试验测得的弯拉强度较为接近;由于骨料分布的随机性,混凝土裂纹起裂和扩展表现出显著的不规则性和不连续性;受材料参数随机分布的影响,模型MX2较MX1承载力略有降低,变形稍有增加。     

沥青砂浆力学性能的粒径效应试验研究

为了进一步理解沥青混合料细观结构,从胶浆理论出发,通过传统力学试验研究集料尺寸对沥青砂浆力学性能的影响,并根据细观模型计算结果对粒径效应影响规律和成因进行分析。结果表明:沥青砂浆的黏性较强而强度较低,在试验过程中很难出现明显的破坏现象,仅最大公称粒径为2.36 mm的砂浆试件能发生单轴压缩破坏,在1.18 mm以下粒径的砂浆试件已无明显劈裂破坏,而在直接拉伸试验中粒径小于0.6 mm的试件均未被拉断;集料尺寸对沥青砂浆的抗压和抗拉性能的影响显著,随着最大公称粒径的减小,沥青砂浆的力学性能减弱,而当粒径小于0.15 mm时沥青砂浆的强度已与沥青胶浆较为接近;从细观力学计算可知,沥青砂浆中粒径最大的那部分集料对其整体回弹模量起主要作用,且进一步验证了集料尺寸对其力学性能有显著影响。     

现代建筑混凝土损伤与强度宏观分析研究

本文从混凝土地细观结构出发,认为混凝土是由骨料,砂浆和骨料砂浆之间的粘结带构成的三相材料,采用了随机骨料模型和双折线损伤模型相结合,对15cm*15cm*15cm的立方体和Φ15×30的圆柱体试件两种尺寸和形状的混凝土试件的抗拉强度进行了数值计算和分析研究。     

基于双折线模型的混凝土细观损伤与宏观强度的研究

本文从混凝土地细观结构出发,认为混凝土是由骨料,砂浆和骨料砂浆之间的粘结带构成的三相材料,采用了随机骨料模型和双折线损伤模型相结合,对15cm*15cm*15cm的立方体和Φ15×30的圆柱体试件两种尺寸和形状的混凝土试件的抗拉强度进行了数值计算和分析研究。     

沥青混凝土材料细观损伤的数值模拟

在对沥青路面心样进行轴向压缩疲劳试验时,结合CT扫描技术拍摄了不同疲劳阶段下沥青混凝土的细观结构图像,利用细观力学及断裂力学方法建立了一细观模型,运用有限元程序对试件的宏观裂纹形成这一复杂过程进行了模拟。结果表明,该模型能有效模拟材料的损伤演化过程,在有限的实验研究基础上,运用细观力学方法数值模拟沥青混凝土的力学性能是可行的,以弥补试验的不足。     

UHPC构件受拉性能的细观力学解析方法

超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）的受拉性能直接影响结构的抗裂性和耐久性,是结构设计中重要的力学指标之一。为研究UHPC构件在弯拉荷载作用下产生宏观裂缝前的受拉力学特性,以钢纤维与水泥基的协作受力特性为切入点,考虑钢纤维分布方向的随机性服从正态分布,建立了钢纤维受拉作用下的细观力学模型。该模型将钢纤维力作为由水泥基加载的被动力进行分析,在充分考虑水泥基材料特点的基础上,发展了UHPC构件受拉作用下宏观裂缝出现前弹性和拔出2个阶段的力学行为预测模型;开展了UHPC试件的纯弯曲试验,标定了材料受弯全过程中的关键力学指标,重点关注理论预测的弹性和拔出2个阶段的力学行为,并与预测模型计算结果进行对比;采用文献中钢纤维增强混凝土的试验结果进一步印证细观力学模型的适用性。理论分析及试验结果表明：建立的细观力学模型可准确描述出现宏观裂缝前受拉UHPC构件内部钢纤维的抗拉力学行为;预测模型计算的理论值与UHPC构件受拉作用下弹性和拔出2个阶段的力学指标试验结果吻合良好;常规钢纤维掺量的UHPC受拉性能由其内部钢纤维主导,理论计算时忽略受拉状态下水泥基对UHPC轴力的贡献不仅可以简化计算,而且可将其视为工程应用时的安全储备;建议的双折线拉伸本构中弹性与拔出2个阶段的极限应变分别为180×10^-6,1 042×10^-6。     

混凝土直剪力学性能的数值模拟研究

采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,在细观层次上将混凝土看成是由硬化水泥砂浆体、粗骨料颗粒及二者间的黏结带构成的三相非均质复合材料。利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和直剪,并对其直剪破坏进行了研究。结果表明:骨料与砂浆的界面是混凝土直剪破坏的薄弱环节,采用数值模拟的计算方法基本可行。     

基于直接拉伸试验的钢纤维混凝土损伤特性研究

结合DIC技术对预埋螺栓式钢纤维混凝土试件展开直接拉伸试验，研究了钢纤维体积掺量、钢纤维长度和钢纤维类型对钢纤维混凝土开裂模式、抗拉强度、峰值应变以及裂后延性的耦合影响规律。研究结果表明：钢纤维混凝土在直接拉伸过程中的开裂声响、裂缝形态及裂缝数目等特性受钢纤维掺量影响显著；掺入钢纤维后混凝土的抗拉强度、峰值应变及裂后延性均有不同程度增加；相较于铣削型钢纤维浇筑时易出现重叠和成团现象，端钩型钢纤维更易浇筑均匀及密实，与混凝土基体间形成更加紧密的黏结，拉伸后期端部弯钩的变形抵抗力提升了桥联作用，端钩型钢纤维对抗拉强度和裂后延性的提升表现较优越。结合DIC结果进一步揭示了钢纤维混凝土直接拉伸作用下的细观破坏机理，钢纤维混凝土拉伸破坏可以分解为4个阶段：Ⅰ弹性阶段、Ⅱ细观裂缝稳定扩展阶段、Ⅲ裂缝失稳扩展阶段、Ⅳ纤维拔出阶段。根据试验结果建立了综合考虑混凝土基体特性、钢纤维体积掺量、钢纤维长度及钢纤维类型影响的钢纤维混凝土应力-应变模型，在此基础上，引入拉伸损伤因子综合考虑抗拉强度、峰值应变以及裂后延性对钢纤维混凝土损伤发展特性的影响。     

BFRP约束损伤混凝土柱轴压力学性能试验研究

为了研究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)约束有初始损伤的混凝土圆柱体的轴压力学性能,对26个直径150mm、高300mm的圆柱体试件进行了轴压试验,包括24个BFRP约束混凝土试件和2个素混凝土试件。研究的主要参数是BFRP约束层数(1、3、5层)和试件初始损伤程度。其中18个混凝土试件在包裹BFRP之前分别轴压加载至3种不同的应力水平然后卸载,分别代表轻微、中等和严重损伤。试验结果表明:BFRP约束完好及初始损伤混凝土试件相比于素混凝土试件,峰值强度和极限应变均有明显提高,初始损伤会影响BFRP约束试件的峰值强度,但对极限应变影响很小。在试验结果的基础上,提出了一个修正强度模型和应变模型来预测初始损伤对BFRP约束混凝土柱轴压力学性能的影响,预测值与试验结果吻合较好。     

预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析方法及试验验证

为了给预制拼装桥墩抗震设计计算提供参考,针对典型预制拼装桥墩所采用的仅无黏结预应力或无黏结预应力+耗能钢筋连接方式,考虑混凝土、耗能钢筋和预应力筋的非线性本构模型,推导了预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析计算过程。基于关键截面弯矩-曲率分析确定弯矩承载力和对应的墩顶水平荷载,然后计算各个接缝的弯矩和曲率,进而计算墩顶位移。开展了2种接缝连接方式预制节段拼装桥墩试件拟静力试验,将多节点转动推覆分析方法模拟结果与拟静力试验结果进行对比,分析预制拼装桥墩水平抗力-侧移曲线以及接缝张开、预应力筋应力、墩柱转角随侧移的变化,各种位移机理对墩顶位移的贡献,接缝处混凝土应变等。研究结果表明:多节点转动模型与单节点转动模型水平承载力计算结果基本一致,而多节点转动模型桥墩侧移计算结果大于单节点模型计算结果,多节点模型计算精度更高;多节点转动模型接缝张开、预应力筋应力和接缝转动计算结果与试验结果基本一致;开始时墩顶位移主要由剪切位移和整体弯曲位移提供,随着墩顶位移的增大,墩底接缝转动对墩顶位移的贡献逐渐占主导地位;墩柱混凝土轴向应变测试结果验证了各个接缝处混凝土应变随着墩高逐渐降低的趋势,接缝处的混凝土轴向应变远大于墩柱混凝土轴向应变。     

表层嵌贴CFRP板条-混凝土界面黏结性能的试验研究

通过34个表层嵌贴CFRP板条的混凝土棱柱试件的单剪试验,考察了混凝土强度、黏结长度、开槽宽度、槽壁厚度等因素作用下表层嵌贴CFRP板条的混凝土试件的破坏形式、黏结承载力和CFRP应变分布等性能,分析了上述因素对CFRP板条-混凝土界面黏结性能的影响.试验结果表明:嵌贴CFRP板条-混凝土间的黏结承载力随混凝土强度增大而提高;在界面极限荷载随黏结长度增加而增大,破坏形式由界面黏结破坏转变为CFRP拉断,未观察到有效黏结长度存在;剥离后黏结界面存在残余摩擦力,并与黏结长度近似线性相关;开槽宽度增大时试件黏结承载力有所提高,但未观察其到对界面黏结行为产生显著影响;槽壁厚度过小时试件黏结承载力下降,并发生界面黏结破坏或槽壁混凝土破坏,槽壁厚度超过40 mm后CFRP-混凝土界面黏结性能趋于稳定.     

基于离散元的CRCP冲断区域剥落机理研究

剥落是CRCP冲断区域常见病害,病害产生后将严重影响道路美观,危害行车舒适与安全.为揭示剥落产生机理,首先分析剥落产生原因,划分剥落类型,构建力学分析模型;然后,考虑到混凝土细观上是由集料、胶凝材料及其界面组成,运用离散元软件建立混凝土立方体试件,进行抗压强度数值模拟试验,结合室内试验,确定混凝土细观参数,并进行弯拉强...     

新旧混凝土组合试件收缩性能的试验研究

为研究新旧混凝土组合结构的约束收缩性能,以构件尺寸和结合面处理方式为试验参数设计制作了9组共27个试件,分别进行了自由收缩和约束收缩变形测试。结果表明:新旧混凝土间的约束作用使组合试件新混凝土自由边处受压、结合面处受拉;与自由收缩试件相比,新旧混凝土组合试件中新混凝土自由边处应变值较自由收缩增大约12%,结合面处降低约48%;试件理论厚度由50mm增大至200mm时,结合面仅凿毛处理组合试件新混凝土自由边处的收缩应变由自由收缩应变的1.05倍增大至1.19倍、结合面处由0.64倍减小至0.48倍,结合面凿毛+植筋试件相应地在自由边处由1.14倍增大至1.22倍、在结合面处由0.53倍减小至0.46倍。     

道路路面砼单轴受压损伤过程数值模拟研究

水泥砼路面的砼宏观上表现出的破坏特征及力学特性取决于其内部细观结构,为揭示其宏观特征的微观机理,文中运用Monte Carlo生成随机分布骨料,采用粘结单元模型模拟界面过渡区结构,利用模型对砼单轴压缩过程进行数值模拟,并与标准试验结果对比,验证建模方法的可靠性。结果表明,砼试件内部破坏单元都是界面过渡区的粘结单元,界面过渡区是裂缝萌生和发展区域;砼单轴受压数值模拟结果基本符合标准试验结果,细观模型的建立及界面过渡区所采用的粘结单元模型合理、可靠。     

基于ABAQUS对钢纤维混凝土界面强度分析

钢纤维对混凝土的增强效果与钢纤维-混凝土基体界面过渡区的黏结性能密切相关,因此界面过渡区的力学性能研究在钢纤维混凝土结构设计中一直是重要的研究课题。为了研究钢纤维与混凝土之间界面过渡区的力学性能,应用混凝土损伤塑性模型(CDP模型)和内聚力单元,建立了含有界面的钢纤维混凝土二维模型,得到了黏结应力滑移曲线与计算的黏结应力滑移4段式模型曲线吻合较好,说明了模型的合理性。应用此模型对钢纤维混凝土界面进行了抗剪强度和抗拉强度研究,分析了混凝土基体和界面损伤、破坏过程。结果表明:界面强度对钢纤维混凝土的力学性能影响显著,钢纤维混凝土界面的抗剪强度在1.35f_(tk)左右、抗拉强度在1.07f_(tk)左右,钢纤维和混凝土的黏结效果最好,承载能力最强;随着界面强度的增加,由界面失效逐渐转变为混凝土基体失效;当界面抗剪强度在0.84f_(tk)～1.40f_(tk)之间,钢纤维混凝土主要是界面发生失效,但混凝土基体也有微弱的刚度退化;当界面抗拉强度在0.79f_(tk)～1.07f_(tk)之间,钢纤维混凝土的界面有刚度退化,但主要是混凝土基体发生失效。通过数值分析得到的结果,可为实际工程中钢纤维混凝土的界面黏结优化设计提供参考。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

UHPC直剪性能试验与直剪承载力计算方法

针对超高性能混凝土（UHPC）直剪性能研究较为缺乏的现状,开展24个“Z”形UHPC整体浇筑试件和24个“Z”形UHPC平接缝试件（用高压水凿毛先浇界面）的直剪试验,以得到钢纤维特性以及浇筑方式对UHPC （直剪）初裂强度、峰值强度、破坏模式以及直剪承载力的影响;并基于试验结果及UHPC细观本构模型开展了UHPC直剪承载力的理论分析研究。结果表明：无纤维UHPC整体试件和钢纤维掺量未超过3.0%的平接缝试件直剪破坏模式均为脆性破坏,纤维掺量达到2.5%的整体试件具备剪切延性破坏的特征;纤维掺量达到2.5%的平接缝试件界面处新老UHPC结合紧密;整体界面和平接缝界面直剪的初裂强度与峰值强度均随纤维掺量增加而显著增加,且峰值强度随纤维掺量几乎呈线性变化;纤维形状与长径比对整体界面初裂强度和峰值强度的影响不大,对平接缝界面则长纤维优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;整体界面和平接缝界面直剪的峰裂比（峰值强度与初裂强度之比）为103.5%~166.7%,整体界面峰裂比均显著大于纤维掺量相同的平接缝界面,2种界面的峰裂比均随钢纤维掺量增加而增加。建立了平接缝界面与整体界面直剪峰值强度之比η（简称直剪强度比）与纤维特征参数λ_f之间的高精度拟合公式。此外,还分别提出了高精度的UHPC整体界面和平接缝界面的直剪承载力计算公式。