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。     

氯离子在预应力混凝土结构中扩散过程的有限元分析

为指导氯离子侵蚀环境下预应力混凝土结构耐久性设计和寿命预测,基于Fick第二定律的混凝土中氯离子扩散方程与热传导方程的相似性,考虑物理或化学吸附、毛细吸收、预应力等多种机制和因素对氯离子在混凝土内传输的影响,对氯离子扩散系数进行了修正,采用ANSYS中热分析模块对氯离子在预应力混凝土结构中的扩散过程进行数值分析.通过与氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度试验值进行对比,证明该方法能有效预测氯盐侵蚀环境混凝土中氯离子浓度分布.采用该方法对现役近海预应力混凝土铁路桥梁氯盐侵蚀情况进行模拟,分析得出服役60年左右该预应力混凝土铁路桥梁达到结构耐久性极限状态.     

混凝土材料的氯离子迁移细观数值模拟

氯离子是钢筋混凝土结构中钢筋锈蚀主要原因。现今研究者大多利用Fick第二定律及其数学模型的解析解对暴露于氯离子环境下的混凝土材料和构件进行一维分析。本文研究建立了氯离子在混凝土中扩散的二维有限元数值模型,提出了混凝土多边形骨料生成算法,生成了骨料、砂浆和界面的三相复合数值模型。分析了混凝土材料中氯离子的迁移规律。将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,使用二维有限元数值模型可以较好的预测混凝土中不同时间、位置变化的氯离子集聚和扩散情况。分析了混凝土中骨料体积率对混凝土渗透系数的影响。研究结果表明:骨料体积率和混凝土的氯离子渗透系数基本呈线性关系,体积率越大,渗透系数越小。     

高强混凝土中氯离子扩散性能试验研究

采用室内试验,以厦门海底隧道衬砌结构C45高强混凝土为例,对氯离子在高强混凝土中扩散性能进行了综合研究,研究结论可作为混凝土耐久性及同类研究借鉴.结果表明,扩散时间对混凝土内部氯离子浓度有较强的积累效应;环境氯离子浓度高低对氯离子向混凝土内部扩散有促进或减缓作用;较小的拉、压应力对氯离子的扩散性态影响不明显;随着混凝土龄期的增长,自由氯离子占总氯离子含量的比例逐渐增加.     

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。     

荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究现状与发展

处于海洋环境下以及撒除冰盐环境中的钢筋混凝土结构,氯离子侵蚀是其钢筋锈蚀的最主要原因.根据对氯离子侵蚀的认识过程和荷载作用型式分三个层次对混凝土中氯离子侵蚀性研究现状进行了总结:混凝土中氯离子传输机理、静荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究和反复荷载作用下混凝土中氯离子侵蚀性研究.提出荷载作用下混凝土中氯离子传输机理研究和侵蚀模型具有重要的理论意义和应用价值,是氯盐环境中承受荷载作用的混凝土桥梁结构耐久性研究的重要发展方向.     

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。     

氯离子环境下既有钢筋混凝土桥梁耐久性的概率分析

分析讨论了钢筋脱钝的氯离子临界浓度，基于既有钢筋混凝土桥梁的实测数据，以Fick第二扩散定律导出的氯离子扩散数学模型为基础，对氯离子浓度和氯离子扩散系数进行优化计算确定。另外，将氯离子临界浓度值视为因暴露区域而变的定值，混凝土保护层厚度和计算模式不确定性系数视为随机变量，以同一座桥梁一定区域内的混凝土表面氯离子浓度和氯离子扩散系数为一个确定的值，建立了氯离子环境下钢筋脱钝的时变概率模型。以一座实际的桥梁为例，计算了在t年时钢筋脱钝概率的预测值。该钢筋脱钝时变概率模型可用于近海环境下混凝土桥梁中钢筋脱钝的预测，以及既有钢筋混凝土桥梁结构的耐久性评估，从而可以揭示结构潜在的危险，为及时做出维修加固决策提供重要的依据。     

松花江公路大桥结构混凝土耐久性试验

为掌握松花江公路大桥结构混凝土的性能退化规律,利用该桥主要构件实际施工时的材料及配合比制作了一批混凝土试件,进行耐久性试验。试验内容包括:混凝土碳化试验、冻融试验、冻融损伤影响下的氯离子渗透试验、碱骨料反应试验。试验结果表明:大桥主要构件混凝土抗压强度均达到了设计强度等级;混凝土碳化深度受混凝土强度影响较大且受冻融循环作用的影响较为明显;主桥桥墩和引桥桥墩的混凝土试件冻融损伤最为严重;与水冻破坏相比,除冰盐环境下混凝土的冻融破坏更加严重;冻融损伤对氯离子渗透影响显著;粗骨料存在潜在碱-硅酸反应危害。     

新型钢桥面铺装材料细观模型研究及数值模拟

通过计算机仿真模拟,研究了新型钢桥面铺装材料橡胶混凝土类非均质材料分析和设计的新思路.按照蒙特卡罗方法,开发程序建立了基于瓦拉文公式并且能较真实地反映非均质材料细观结构及其力学性能的二维随机多边形骨料模型;运用ANSYS有限元软件对随机骨料模型进行数值模拟,初步分析了在静载作用下橡胶混凝土的抗压力学性能.     

沿海混凝土桥氯离子扩散修正模型及其应用

为了给沿海地区在役混凝土桥梁的耐久性研究提供更加可靠的理论依据,针对影响沿海地区混凝土桥梁耐久性的主要因素——氯离子侵蚀引起钢筋的锈蚀,从氯离子扩散的角度出发,综合各国氯离子扩散的相关数学模型,提出考虑荷载影响因子和氯离子结合能力这2种因素的混凝土氯离子扩散修正模型,并借助于各国相关的试验数据对氯离子扩散修正模型进行了验证和分析。研究结果表明：与传统的仅考虑单一影响因素的氯离子扩散模型相比,所提出的氯离子扩散修正模型更加合理,可以更准确地预测沿海地区在役混凝土桥梁的剩余使用寿命。     

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。     

Field Exposure Test of Different Anticorrosion Technologies for Marine Concrete Structure

采用不同防腐技术制作长期暴露试件,试件放置在青岛海湾大桥常规暴露实验站进行暴露试验,以研究不同防腐技术在北方微冻海洋环境中的防护性能.研究表明:经过1 a暴露试验,涂层、聚脲试件外观无明显变化,与混凝土表面的粘结强度大于2.0 MPa,且试件内部均未受到氯离子的侵蚀,防护效果良好;硅烷浸渍试件内部有一定浓度的氯离子积聚,但相比空白试件,浸渍硅烷混凝土不同深度的氯离子浓度约为空白试件同深度的50％,且浪溅区降低效果更显著.浸渍硅烷能够减少氯离子对混凝土的侵蚀.     

硅烷乳液浸渍对非洲天然大吸水率骨料混凝土性能的影响研究

采用有机硅烷乳液对肯尼亚天然大吸水率骨料进行改性处理，研究其对骨料吸水性能及混凝土工作性能、力学性能、抗氯离子渗透性能的影响程度。结果表明:4%浓度的硅烷乳液浸渍处理能够有效降低肯尼亚当地天然骨料吸水率，采用12%浓度硅烷乳液浸渍处理后的骨料配制C35混凝土的工作性能、抗压强度及抗氯离子渗透性能与普通骨料配制混凝土相当。     

荷载作用下单裂缝锂渣混凝土的氯离子传输试验

目前有关混凝土结构耐久性设计大多是依据完整混凝土的研究,实际的混凝土结构多是带有裂缝的多相复合材料,这在一定程度上高估了混凝土结构的服役寿命。通过化学滴定法测量混凝土中自由氯离子含量,系统研究锂渣的掺量、荷载大小、裂缝宽度对自由氯离子时空分布的影响,并根据Fick第二定律计算氯离子的扩散系数。结果表明： 在硫酸盐与氯盐混合溶液中,自由氯离子含量显著降低,硫酸根离子能够有效减缓氯离子在混凝土中的传输; 掺加20%锂渣能够减小氯离子在混凝土中的传输速率; 混凝土中的氯离子传输速率随着荷载和裂缝宽度的增加而增加。     

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.     

静水压力下混凝土中氯离子传输特性试验研究

氯离子是造成混凝土中钢筋锈蚀的主要原因,混凝土过早腐蚀耐久性降低,使混凝土结构达不到服役寿命.通过长期渗透性试验,定量地研究氯离子在不同静水压力、不同配合比、不同压力作用时间下的氯离子传输特点.结果表明,在静水压力作用下,氯离子的渗透深度和含量随着静水压力及其作用时间的增加而增加.内掺一定量的粉煤灰可以有效地降低混凝土中氯离子的侵入.     

细观尺度下基于非均匀性研究沥青混合料的开裂行为

为了从细观角度,基于沥青混合料的非均匀性研究材料的开裂行为,该文运用颗粒流软件PFC2 D(Particle Flow Code),根据离散元基本理论及软件内置Fish语言编写了不规则骨料的随机生成程序,建立基于半圆弯曲室内试验处理的边界条件和伺服控制,并将模拟结果与试验结果对比分析。研究结果表明:所得到的离散元虚拟试件能够最大程度地将集料级配、骨料不规则形状、骨料随机分布和试件空隙率考虑在内,提出一种可以脱离于室内试验条件、仅用计算机软件就能够建立较准确、广泛的映射沥青混合料的PFC模型的模拟方法,为今后在细观尺度下利用PFC研究分析沥青混合料力学性质提供理论基础和辅助手段。在此基础上,从细观尺度出发,对建模要素以及骨料位置进行调整,用以分析其对混合料试件宏观力学性质的影响,为后续工作中结合室内试验继续对这些影响因素进行分析提供了一定的理论基础。     

再生大骨料-自密实砂浆混凝土力学性能分析

为了研究再生骨料粒径、再生骨料强度和自密实砂浆强度对其力学性能的影响,运用ABAQUS对再生大骨料-自密实砂浆堆石混凝土试件单轴抗压试验进行细观模拟,对比了试验值、模拟值,并对模型的合理性进行验证。结果表明：以再生骨料粒径、再生骨料配制强度以及自密实砂浆配制强度为变量,采用二维正五边形的随机骨料模型进行单轴受压分析,研究上述三个因素对再生大骨料-自密实砂浆混凝土轴心抗压强度的影响,模拟结果与实验结果吻合度较好,进一步验证了细观模型的合理性。