气冻气融作用下混凝土抗冻性及损伤层演化规律研究

采用气冻气融的方式,分别对C30、C40、C50、C40(商品混凝土,简称商混)4组不同配比试块及1组C40(商混)的足尺(150mm×300mm×2 700mm)钢筋混凝土梁进行冻融耐久性试验。用超声波平测法测定不同冻融循环次数时的混凝土损伤层厚度,研究冻融对混凝土损伤层厚度的影响规律;通过与传统抗冻性评价指标劣化规律的对比分析,提出以冻融损伤层厚度为损伤变量的评价标准,结合实际损伤特点,对所提出损伤变量进行相应修正,并验证其合理性;建立混凝土冻融损伤层厚度的随机预测模型;通过案例分析,验证模型的适用性,讨论冻融环境下混凝土最小保护层厚度的问题。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土相对动弹性模量、抗压强度逐渐减小;试件质量略有增大;冻融损伤层厚度逐渐增大,即冻融损伤度逐渐增大,且强度越低,损伤度越大;冻融环境下混凝土结构的最小保护层厚度偏于不安全。     

芳纶纤维布约束混凝土冻融循环试验与损伤模型研究

通过对 C20,C30,C35,C45,C50共5个强度等级的芳纶纤维布约束混凝土( KFFCC)进行轴心受压强度和快速冻融循环试验,利用损伤力学和数学模拟的方法,研究了KFFCC的轴心受压力学性能、冻融耐久性、冻融后内部损伤变量的变化规律及损伤模型.结果表明:KFF对混凝土受压承载力的提高效果非常明显,在外粘1、2和3层 KFF 的情况下,KFFCC 和普通混凝土轴心受压强度比为19.0%~54.8%、51.9%和73.5%.KFFCC抗冻等级在F300以上,具有优异的冻融耐久性.以相对动弹性模量为损伤变量建立了KFFCC冻融损伤模型,发现动弹模量衰减模型的拟合精度优于冻融累积损伤模型,幂函数模型比指数函数模型有更好的拟合精度和相关性,模型能够较好地反映KFFCC的冻融损伤规律和损伤程度.     

冻融循环作用对黄土力学性质损伤的试验研究

通过对陕西杨凌Q₃黄土进行不同初始含水量、不同低温温度及不同冻融循环次数条件下的静三轴剪切试验,揭示不同初始含水率、不同低温温度及不同冻融循环次数对黄土力学性质影响的过程与机理,基于极限平衡法建立冻融循环作用下强度参数的损伤模型。研究结果表明:黄土强度参数随冻融循环产生劣化,黄土的黏聚力c开始时冻融循环劣化效应强烈,在经过5⁷次冻融循环后,黏聚力达到一个稳定值,当含水量很高时黏聚力下降不明显,内摩擦角φ随冻融循环次数无明显变化;建立的强度参数值随冻融循环次数增加的损伤模型能够很好地反映冻融循环作用下黄土抗剪强度的折减劣化规律,该损伤模型对冻融损伤作用下黄土地区的工程设计与施工具有指导和借鉴意义。     

冻融环境钢筋混凝土梁抗弯承载力研究

为更好地研究冻融环境下混凝土结构承载性能退化规律,采用与大气环境冻融作用方式相同的气冻气融试验方法,对足尺150mm×300mm×2 700mm钢筋混凝土梁冻融后的承载性能进行系统研究,建立冻融后整体承载力计算模型及考虑损伤层的分层承载力计算模型。研究结果表明:气冻气融作用后试验梁正截面应变仍符合平截面假定;其正截面抗弯承载力随着冻融次数的增加而降低,且下降速度随冻融次数的增大而增大;梁的跨中挠度随冻融次数的增加逐渐降低,且两者之间呈明显的线性响应关系;与试验结果及规范计算模型对比,整体承载力计算模型及分层承载力计算模型均具有合理的适用性,且分层计算模型更能充分发挥截面在不同状态下的承载能力。基于承载力计算模型对某实际工程中的混凝土结构进行冻融环境下耐久性寿命预测,并与其他预测方法进行比较,表明计算模型的工程适用性。     

混凝土劣化与渗透性相关性研究

针对混凝土劣化的主要原因与机理,研究了混凝土碳化、水和盐溶液条件下的冻融破坏、硫酸盐物理结晶破坏与混凝土渗透性之间的相关关系。研究结果表明:混凝土的劣化与混凝土的渗透性能密切相关,以混凝土渗透特性作为基本参数评价和预测混凝土的劣化行为具有可行性。     

冻融与腐蚀复合作用下煤矸石喷射混凝土耐久性演化规律

为研究煤矸石喷射混凝土的多因素耐久性,通过在单一冻融、单一腐蚀和冻融腐蚀复合作用3种环境下的物理、力学性能试验,获得了3种环境下质量、动弹性模量与单轴抗压强度的演化规律;通过对试验数据进行回归分析,建立了3种环境下煤矸石喷射混凝土性能演化的数学模型。研究结果表明:在质量损失率方面,单一冻融作用影响最大,单一腐蚀作用影响最小,这是由于单一冻融作用时产生的不均匀冻胀更大、剥落更快;在动弹性模量与单轴抗压强度方面,复合作用影响最大,单一腐蚀作用影响最小,这是由于冻融与腐蚀的叠加作用加大了动弹性模量与抗压强度的损失。建立的数学模型与试验数据较为吻合,能够反映煤矸石喷射混凝土在冻融腐蚀作用下的耐久性演化规律。     

横卧式框架反力墙结构性能试验研究与数值模拟

阐述横卧式框架反力墙结构试验研究与有限元数值模拟,分析横卧式框架反力墙试验设计及制作、加载方案及量测系统,以及中间反力墩的载荷-位移试验结果;从模型建立、钢筋和混凝土相关参数计算、计算与试验结果比较方面进行有限元数值模拟分析;提出计算与试验结果揭示的结构破坏形态为斜剪切破坏和斜拉破坏,引入的损伤变量可揭示混凝土的性能劣化,计算结果对设计有参考价值等结论。     

基于蒙特卡罗法的轨道交通建设用混凝土受冻服役寿命分析

为对不同地区轨道交通混凝土受冻服役寿命进行预测,并揭示主要材料参数的影响规律,以冻融试验模型为基础,结合对气象数据的分析,建立了室内冻融与自然冻融间的关系。考虑材料参数变化的随机性,采用蒙特卡罗法,分析了水胶比、含气量和粉煤灰掺量等主要参数对轨道交通混凝土受冻服役寿命的影响规律。结果表明:水胶比越大,受冻服役寿命越短,且影响明显;参数在合理范围内时,含气量增大,受冻服役寿命提高;粉煤灰掺量的增大使受冻服役寿命有所提高。     

青藏铁路西格二线混凝土冻融试验研究

青藏铁路新增西格段于2005年10月开工,由于工期紧迫,必须进行冬期施工。为了保证西格线的施工质量,对西格线的混凝土从冻融机理、各种影响因素等方面进行了大量冻融试验研究,为指导现场混凝土施工提供可靠数据。     

既有钢筋混凝土空心板梁抗弯承载力分析

对服役20年的2片8 m跨度钢筋混凝土空心板梁进行了两点对称加载破坏试验。采用ABAQUS软件,基于混凝土损伤塑性模型且考虑了混凝土膨胀角、黏性参数,建立了试验梁非线性有限元模型。模型计算的梁体挠度、混凝土和钢筋应变与试验结果吻合良好。对试验梁破坏过程的分析表明:利用ABAQUS混凝土损伤塑性模型能很好地模拟试验梁受力破坏情况;通过模型拉伸损伤计算能很好地对梁的裂缝产生位置及发展趋势进行预测;试验梁正常使用极限承载能力明显下降而抗弯极限承载能力略有升高。     

反复荷载作用下的混凝土损伤本构模型

混凝土损伤模型的研究,实际上是研究混凝土材料的本构行为。在外界因素作用下,材料的累积变形引起结构内部损伤发展,最终的损伤将产生宏观裂缝直至整个结构破坏。根据Najar损伤理论,提出了新的分段曲线混凝土受压损伤变量模型和混凝土受拉软化段损伤变量模型,给出了不同强度混凝土损伤变量方程和损伤演化方程。通过计算对比分析认为,建议的损伤模型与已有的混凝土本构模型较吻合。该方法的优点是参数少,不同的混凝土强度有确定的损伤演变方程,可以动态分析混凝土的累积损伤程度。在此基础上,根据已有混凝土反复荷载作用下的滞回规则,建立了在某一循环荷载下的加载、再加载、卸载路径下的损伤本构模型,该模型考虑了混凝土在反复荷载作用下的应力跌落、裂面效应、强度下降、刚度退化等力学性能。应用本文建议的模型进行反复荷载下的截面损伤计算,试验结果与文献计算结果较吻合。     

柴达木盆地冻融、盐蚀环境下混凝土腐蚀机理及耐久性研究

为研究柴达木盆地地区强腐蚀环境下混凝土结构的耐久性,配制与现场土壤腐蚀浓度相近的腐蚀性溶液,对掺加特定外加剂的不同强度等级混凝土试件进行冻融、盐浸循环试验,通过检测试件的电通量、强度损失率、质量损失率等参数研究其腐蚀规律及耐久性。试验结果表明,在强腐蚀环境下,低强度混凝土耐久性较差;掺加抗冻防腐剂后混凝土密实性可提高28%~53%,抗压强度损失率可减小22%~54%;氯盐对混凝土的侵蚀破坏起主导作用;混凝土腐蚀破坏前期表现为盐类结晶膨胀型破坏,后期主要是氯盐溶蚀破坏;混凝土破坏为氯盐和硫酸盐共同腐蚀的破坏效果叠加。根据试验结果及腐蚀机理,提出强腐蚀环境下考虑设计、施工、养护的混凝土结构耐久性综合设计方案。     

温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究.结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为.     

杂散电流-盐冻耦合条件下混凝土的劣化

针对北方沿海及西北盐碱地区轨道交通工程中杂散电流-盐冻耦合作用的严酷环境,设计了杂散电流-盐冻耦合条件下混凝土抗冻性能试验及氯离子侵蚀试验,通过不同冻融循环次数后的混凝土质量损失率、相对动弹性模量、水溶性氯离子含量、氯离子扩散系数和盐浓度梯度表征了此耦合条件下混凝土劣化的基本特征,并通过压汞(MIP)、电镜扫描(SEM...     

超深振捣条件下混凝土墙体模板侧压力的简化计算方法

超深振捣对混凝土成品质量有害无益,研究超深振捣引起模板侧压力增大的规律,可为规避其害提供依据。为此设计4个混凝土墙体试件,实测在浇筑过程中模板侧压力的变化情况。基于振捣液化和液体压力平衡理论,建立了超深振捣情况下混凝土模板侧压力计算模型,推导了计算公式,并与实验数据进行对比验证。研究结果表明,振捣深度是影响混凝土墙体模板侧压力的重要因素,本文提出的计算模型能很好地预测墙体结构超深振捣位置的模板侧压力。     

钢筋混凝土截面损伤分析与检测

以平截面假定和截面力平衡关系为基础,导出钢筋混凝土双向压弯截面含损伤变量的割线刚度、切线刚度矩阵。将截面受压混凝土分成若干四边形,用高斯数值积分完成每个四边形的积分,截面含损伤变量的刚度等于各四边形积分之和。对截面进行了全过程损伤分析,并进行钢筋混凝土梁损伤试验,用冲击回波法检测垂直裂缝,试验检测结果与理论分析结果较吻合。     

基于混凝土弹塑性损伤本构模型的盾构管片受力分析

在混凝土弹塑性损伤本构模型的基础上,考虑盾构管片拼装块与连接螺栓的非连续性和拼装块之间的接触关系,建立三维非连续接触计算模型。以苏州某地铁盾构隧道工程为例,对盾构管片的受力状况进行模拟计算,并与惯用法模型和修正惯用法模型的计算结果进行对比分析。结果表明:盾构管片内拱顶K拼装块部分区域的损伤因子超过了损伤临界值,这些部位将产生明显可见的裂缝;盾构管片拱顶与拱底内侧的受拉区域均产生了塑性变形,拱顶K拼装块的塑性区深度达到截面宽度的55%;盾构管片最大内力组合在两侧拱腰管片的接头处;三维非连续接触计算模型可以更好地反应管片接头对内力的影响和管片混凝土材料的受力及变形特性;模型中盾构管片接头处接触单元的设置消除了其他模型中接头刚度差异对计算结果的影响,对盾构管片抗压刚度及抗弯刚度均会产生影响。     

35m预应力混凝土箱梁锚垫板张拉破坏事故分析与处理

对2榀35 m预应力混凝土箱梁锚垫板张拉破坏事故的原因进行了分析,并给出了处理措施。首先,对35 m箱梁锚垫板张拉破坏事故发生的情况进行了说明。其次,对35 m箱梁锚垫板张拉破坏事故的原因从3个方面进行了分析:箱梁端部锚固区混凝土局部承压设计、锚垫板产品质量和施工质量。最后,给出了35 m箱梁锚垫板张拉破坏事故处理措施。通过竣工后3年来运营效果来看,修补的效果非常好,达到了设计和使用要求。     

严寒地区路桥过渡段无砟轨道结构变形及损伤

以路桥过渡段CRTS Ⅲ型板式无砟轨道为研究对象,采用ABAQUS软件,建立非线性分析模型,基于混凝土塑性伤损理论,研究严寒地区路桥过渡段无砟轨道结构的变形及损伤.结果表明:过渡段冻胀变形对底座板损伤影响较大,而过渡段沉降变形对复合板(轨道板与自密实混凝土结合体)和底座板损伤均有影响;当过渡段长度较短时,冻胀变形导致的...     

冻融环境浅埋砂质黄土隧道围岩变形规律研究

研究目的:黄土因其结构性工程性质特殊,其中砂质黄土受冻融作用的影响尤为敏感,浅埋砂质黄土隧道施工过程中在冻融循环作用下发生各类病害屡见不鲜.本文以银西高铁惠安堡黄土隧道洞口段现场监测结果为基础,进行冻融条件下砂质黄土的参数试验,配合数值模拟等方法,得到这种不良地质条件下隧道围岩变形规律及稳定性发展状况. 研究结论:(1...