带肋钢筋与混凝土粘结性能的细观数值模拟

为研究带肋钢筋与混凝土之间的粘结破坏机理,揭示钢筋肋外形对粘结性能的影响,建立了钢筋混凝土的三维细观数值模型.该模型基于ANSYS参数化设计语言,在混凝土细观模型的基础上加入钢筋,通过界面单元细分和材料属性判别生成各细观相单元.分别建立了月牙肋钢筋和螺纹钢筋拉拔试件模型,模拟拉拔试验中粘结的破坏过程,分析了混凝土损伤破坏区域的分布和钢筋肋纹处的应力状态.结果表明,月牙肋钢筋与混凝土的粘结强度略低于螺纹钢筋,但破坏时其肋间混凝土的应力集中现象缓和,损伤程度较轻;数值模拟的粘结应力和钢筋滑移量与试验结果吻合,说明所建立的模型可用于模拟钢筋与混凝土的粘结性能.     

空气动力学效应作用下高速铁路隧道细观力学数值模拟

在隧道衬砌压力变化规律研究的基础上,从混昆凝土细观力学的角度出发,建立了含初始孔隙的混凝土细观力学模型,对在高速列车运行条件下隧道中截面衬砌拱顶混凝土的力学特性进行了模拟计算,获得了不同时间点x方向应力图和第一主应力图,研究表明:高速铁路隧道空气动力学效应对高速铁路隧道衬砌的细观力学特性和耐久性有重要影响.     

混凝土细观损伤破坏机理的分析与研究

混凝土受到荷载作用时将出现脆性损伤.在细观层次上按损伤力学观点对混凝土的损伤破坏进行了研究和探讨,并对混凝土的细观损伤破坏机理进行了分析和试验研究.研究表明:混凝土集料和砂浆的界面上存在的结合裂缝是加载后混凝土损伤破坏的基础,混凝土的受力破坏是由内部开裂的微裂缝逐渐损伤发展的结果;数值模拟计算为混凝土细观力学性能的研究提供了新途径,展现出了良好的发展前景.     

混凝土抗剪强度尺寸效应的细观数值模拟

混凝土的抗剪强度关系到混凝土结构的安全。采用随机骨料模型模拟混凝土的细观结构,利用有限元方法数值模拟混凝土试件的细观损伤断裂和抗剪强度,将所得数值结果与混凝土重力坝设计规范参考值比较,结果较为吻合,从而为混凝土力学性能的数值模拟开辟了新途径。同时研究表明混凝土试件的抗剪强度存在明显的尺寸效应。     

双层混凝土复合梁静动态弯拉破坏模式分析

针对无砟轨道层间损伤的问题,开展了双层混凝土在共同受力下协同工作性能的研究.从细观视角出发,运用图像处理技术获得试件表面骨料的分布状态,建立了双层混凝土复合梁的二维细观模型;对混凝土4点弯拉试验进行模拟与验证,探究了加载应变率对混凝土梁弯拉破坏模式、弯拉强度及应力位移关系的影响.研究结果表明:从力-位移曲线和破坏模式两者来看,数值模拟结果和试验结果都较为接近,说明运用细观尺度计算模型模拟混凝土开裂过程的方法是可行的;高加载应变率1×10~(-2)/s、1×10~(-1)/s下,双层混凝土之间的交界面处会出现较大损伤;在1×10~(-3)/s、1×10~(-2)/s、1×10~(-1)/s加载应变率下,最大承载应力分别为1.50、6.41、14.40 MPa,混凝土裂纹由沿薄弱交界面周围扩展的单一裂纹型式转变为复杂的多裂纹型式,且裂纹宽度急剧增加,损伤破坏扩展至整个受拉区.     

二维数字试件中骨料模型分析

建立混凝土的细观数字试件,进行数值模拟试验,探讨骨料体积率、骨料级配对混凝土的力学性能的影响具有重要的意义。二维数字试件是采用广泛的一种模型,其中的骨料面积率、剖面级配与三维模型中的骨料体积率和体积级配的关系还没有专门的探讨,然而此项工作对二维数字试件的建立与应用具有很大影响。本文以计算机试验为手段,针对随机的三维骨料投放进行大量的计算机模拟试验,阐述骨料面积率、剖面级配与骨科体积率和三维级配的规律,建立了二维数字试件模型中骨料模型,为二维细观数字试件的研究奠定了基础。     

再生沥青混合料单轴静态蠕变试验的离散元仿真

根据新拌沥青混合料细观力学研究现状,提出了基于三维离散元方法和虚拟图像技术的再生沥青混合料细观力学仿真思路,并介绍了实现过程.利用虚拟图像技术,生成基于再生沥青混合料细观结构的虚拟试件,建立了离散元细观模型,提出了细观模型参数的确定方法.利用再生沥青胶浆单轴静态蠕变试验,获得了再生沥青胶浆的细观模型参数.依据时温等效原理,进行了粘弹性参数转换,以提高模型的计算效率.采用PFC3D离散元方法,利用PFC自带的FISH语言,编制相应的程序,输入转换后得到的模型参数.使用模型参数模拟再生沥青混合料单轴静态蠕变的虚拟试验,并与再生沥青混合料室内试验结果进行对比,验证了虚拟试验的合理有效性.     

纤维沥青混凝土车辙试验的随机有限元细观模型仿真

基于沥青混凝土粘弹性特征和纤维弹性特性,从细观角度提出了纤维、沥青混合料组成的两相复合材料数值分析方法,得到了纤维对沥青混凝土路用性能增效的有限元模型。以聚丙烯晴(PAN)纤维增强沥青混凝土(SMA—13)为对象,研究了不同温度环境下纤维体积分、长径比对沥青混凝土路用性能的影响。通过不同纤维掺入量、长度和不同温度下的沥青混凝土车辙试验,验证数值模型的合理性。结果表明:纤维增强沥青混凝土有限元模型可以较好表征纤维对沥青混凝土增效行为特征,与实验结果相符性较高;在研究的试验范围内,沥青混凝土(SMA—13)中纤维(PAN)最佳掺入量、长度分别为0.4%、6~9mm。     

电场作用下混凝土中氯离子输运模型及仿真

为了研究处于氯盐、杂散电流耦合侵蚀环境的混凝土结构耐久性,对电场作用下氯离子在混凝土内部的输运规律进行研究.首先,根据Hamilton型变分原理,建立电场作用下混凝土内部氯离子的输运模型;其次,基于细观角度,建立混凝土内部孔隙水饱和度的定量计算公式,并同时考虑时变因素和孔隙水饱和度对氯离子输运的影响,对非饱和状态下氯离子的扩散系数予以修正;最后,通过comsol模拟氯离子在混凝土内部的输运过程,并对电场作用下氯离子的输运速率与仅有浓度梯度作用下氯离子自由扩散速率进行了比较分析.研究结果表明:应用电场作用下混凝土中的氯离子输运模型研究地下混凝土结构的耐久性及结构寿命预测问题是可行的;在10 V电场作用下,混凝土中的氯离子的输运效率相当于自由扩散状态下氯离子输运效率的769倍.     

地震对新浇混凝土细观结构及强度的影响

对受6～9度地震烈度震动的混凝土表观和内部骨料界面进行了体视显微镜观测,得到新浇混凝土在遭受地震后试件的断面结构形貌,确认了混凝土内部缺陷情况;采用超声波同步测试混凝土受压破坏过程,获得试验力-变形关系曲线,对比了新浇注混凝土震后受压破坏性能与未震动的差异性;从混凝土结构组成及细观结构角度分析了内部缺陷对混凝土强度的影响,解释并验证了受6～9度地震烈度震动的混凝土经后期养护至28 d,其界面状况能够得到有效恢复的机理。     

单轴拉伸荷载作用下轻骨料混凝土断裂行为的细观力学模拟

从轻骨料混凝土的细观结构出发,将轻骨料混凝土看作是由砂浆基质、轻骨料以及它们之间的界面层组成的三相复合材料.用有限元方法研究其界面层对于宏观试样断裂特征及其强度影响,并模拟了轻骨料混凝土在单轴拉伸载荷作用下的破坏形式,验证了轻骨料的力学性能对于轻骨料混凝土的断裂所起的重要作用.     

混合料生产过程中骨料破碎对HMA体积特性的影响

对沥青混合料生产和铺筑过程中集料破碎降解现象与生产摊铺不同阶段的混合料的体积特性进行了研究,结果发现：①在矿料的转运、提升与拌合过程中会产生显著破碎降解;②集料的最大公称粒径（NMAS）与混合料厂拌生产过程中的集料的破碎降解率无关;③虽然集料破碎降解是集料类型的函数,但粗集料洛杉矶磨耗损失与细集料磨耗试验均不能用来预测所研究类型集料的降解情况;④实验室取样与运料车取样成型试件的空隙率与矿料间隙率存在显著差异,研究没有找到通过采用混合料体积参数来预测厂拌过程中集料破碎降解情况的方式。     

SMA骨架标准研究

传统观点认为，粗集料的干插捣间隙率VDRC大于压实混合料中粗集料间隙率VMix是SMA骨架结构形成的标准，但是VDRC与VMix在压实方法、测量精度、换算密度指标等方面存在系统误差，导致VDRC在多数情况下都大于VMix，失去了优选级配的作用。试验及结果分析表明，用体积法测量的毛体积密度换算的VMix较合理，用VMix随细集料增加的突变点判定骨架形成是可行的。     

基于混凝土细观结构的徐变逐步分析

分析了已有的混凝土徐变计算方法,提出了一种新的徐变计算方法,该方法分离了以骨料为主的弹性和以砂浆基质为主的滞弹性;采用了Kelvin链来模拟黏弹性并表现了混凝土的老化作用和滞后效应的时间;引入滞后效应时间比例因子考虑时间对混凝土滞后效应的响应速度。实例分析结果表明:混凝土结构变化过程受其滞弹性影响较大而最终状态几乎不受影响,时间比例因子在结构卸载或反复荷载的作用下对混凝土材料的特性影响明显。     

岩沥青改性沥青混合料路用性能试验研究

岩沥青改性剂与基质沥青具有优良的配伍性,但不同掺量的岩沥青对沥青混合料的力学性能影响很大。本研究以AC-13沥青混合料级配为基准,通过室内对比试验,对基质沥青混合料和不同掺量下的岩沥青改性沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、疲劳耐久性等力学性能进行研究,以期为岩沥青改性沥青混合料的掺量标准提供参考。     

轻骨料混凝土在旧桥改造中的应用

轻骨料混凝土具有良好的抗裂、抗震、抗渗、抗冻等耐久性能,且减轻结构自重,降低维修成本。文中介绍了轻骨料混凝土的特点和配合比设计过程,并结合国道G324线广州长平至金坑公路扩建工程实例介绍了轻骨料混凝土施工工艺。     

新旧路面联结层沥青与集料洒布量的试验研究

针对沥青路面整治工程中新旧路面因层间联结失效而出现的推移、拥包、网裂和翻浆等早期损坏的问题,通过室内组合试件的剪切试验和渗水试验确定3种沥青胶结料和集料洒布量为试验指标.结果表明,90#基质沥青、SBS改性沥青和改性乳化沥青联结层的抗剪强度与洒布量呈单峰抛物线关系,确定了沥青胶结料和集料的最佳洒布量.同时3种沥青胶结料联结层均不透水,能有效地阻止路面渗水侵蚀旧路面,从而减少沥青路面的水损害.因此,采用90#基质沥青、SBS改性沥青和改性乳化沥青作为沥青路面整治工程中新旧路面联结层将会显著提高路面的使用性能.     

基于混凝土细观结构的徐变逐步分析

分析了已有的混凝土徐变计算方法,提出了一种新的徐变计算方法,该方法分离了以骨料为主的弹性和以砂浆基质为主的滞弹性;采用了Kelvin链来模拟黏弹性并表现了混凝土的老化作用和滞后效应的时间;引入滞后效应时间比例因子考虑时间对混凝土滞后效应的响应速度。实例分析结果表明:混凝土结构变化过程受其滞弹性影响较大而最终状态几乎不受影响,时间比例因子在结构卸载或反复荷载的作用下对混凝土材料的特性影响明显。     

浅谈拌和过程对基层混合料的质量控制

拌和过程是决定混合料质量好坏最关键的过程,就拌和时如何控制好结合料用量、含水量、集料级配和混合料的均匀性进行阐述。     

掺硅灰混凝土单轴压力荷载下的应力—应变全曲线及其破坏分析

掺硅灰及高效减水剂混凝土的强度较之相同水灰比、但单掺高效减水剂的混凝土有极显著的提高。前者的弹性模量、峰值应变、比例极限与棱柱强度之比也较后者高,因此前者具有更高抗裂性。这种混凝土的相组成、微观结构及集料-水泥石界面结构与单掺减水剂的混凝土有明显差别。破坏首先产生于粗集料本身而不是集料-水泥石界面。