疲劳荷载下无砟轨道混凝土中氯离子传输研究

疲劳荷载作用下，无砟轨道混凝土的抗氯离子渗透性能是影响其服役特性的主要因素之一. 为分析混凝土在疲劳荷载作用下氯离子的传输变化规律，首先针对浸泡于氯离子溶液的混凝土试件进行弯曲疲劳试验，然后利用COMSOL有限元软件建立结构力学场与氯离子传输场的两场耦合模型，模拟氯离子在混凝土中的扩散行为. 研究结果表明:当侵蚀时间为2 d时，应力比为0.3、0.5和0.7对应的氯离子扩散深度分别为7、11、16 mm，混凝土中氯离子扩散深度随荷载应力比的增大而增大；两场耦合有限元模型计算得到的氯离子含量与试验测试结果基本吻合，验证了模型的合理性；混凝土中氯离子扩散深度随侵蚀时间的增大而增大，采用一元二次多项式可较好地描述扩散深度与侵蚀时间的关系.      

后张预应力预制混凝土框架中节点的数值模拟

为了解决有限元研究中预制混凝土框架节点处新旧混凝土叠合层界面黏结与穿过叠合层钢筋难以模拟的问题，讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新旧混凝土叠合层黏结性能的不同方法，引入叠合层的黏结滑移本构和钢筋的剪切-滑移模型相结合的本构关系，建立后张预应力预制混凝土框架中节点非线性有限元分析模型，计算结果与足尺模型的试验结果吻合较好，并在此基础上重点开展了轴压比、混凝土强度、预应力筋有效应力及筋黏结构造（全黏结、部分黏结和无黏结）等有限元参数分析. 分析结果表明:轴压比由0.2增加到0.4时，承载力提高了11%，由0.4增加到0.6时，承载力增加不明显；提高混凝土强度、增加有效预应力可显著提高承载力；预应力筋黏结构造对节点承载力影响不显著，增加无黏结长度，可一定程度延缓节点的屈服.      

界面处理对恶劣环境下CFRP-加固混凝土梁性能研究

以钢筋混凝土梁强度等级、界面处理方式、侵蚀环境为参数,利用6组实验梁进行三点弯曲试验来研究恶劣环境下界面处理对粘结性能的影响。实验结果表明:凿毛梁的抗弯承载力较砂轮打磨梁的承载力大,经过环境劣化后的混凝土梁,极限弯矩都有大幅折减,C50较C30减小幅度小12%,以C50钢筋混凝土梁为例,在氯盐环境中浸泡7d、14d、21d、28d,极限抗弯分别降低4%、6%、7.5%、12%。凿毛后的CFRP加固梁,虽然粘结性能增强,但是由于CFRP受拉过程中会产生应力集中,导致CFRP过早被拉断,工程中建议增加黏结面粗糙度,以提高梁的极限弯矩。     

高性能混凝土在氯盐侵蚀和冻融循环作用下的耐久性分析

为研究海洋环境下高性能混凝土桥梁的耐久性，基于混凝土室内快速冻融试验，对高性能混凝土进行氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的耐久性试验，分析混凝土在不同水胶比、粉煤灰掺量和含气量时的质量损失率和相对动弹性模量；并根据试验分析结果建立氯盐侵蚀与冻融循环耦合作用下的高性能混凝土质量预测衰减模型.结果表明：水胶比对高性能混凝土的抗盐冻性能影响显著，混凝土抗盐冻性能随着水胶比增大而降低，建议水胶比不宜大于0.45；粉煤灰的加入会降低混凝土的抗盐冻性能，掺量较高时其抗盐冻性能难以达到满足要求，粉煤灰掺量不宜高于30%；随着含气量增加，混凝土抗盐冻性能呈现先提升后降低的变化规律，建议有考虑抗盐冻要求的混凝土其含气量在4.5%～5.5%内选取.     

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

气液环簧组合式缓冲器非对称拉压特性动力学建模及冲击仿真

为解决气液环簧组合式缓冲器呈现非对称拉压动态特性问题，构建了气液环簧组合式缓冲器动力学模型，基于MATLAB/Simulink软件编制了考虑不同吸能元件特性的车辆冲击动力学模型程序，研究了两辆单车冲击及两列动车组冲击的动态特性。研究结果表明:组合式缓冲器动力学模型既能有效地模拟拉伸状态下环簧缓冲器的线性加载特性，又能较好地模拟压缩状态下气液缓冲器随冲击速度变化的非线性加载动态特性，即组合式缓冲器动力学模型体现了明显的非对称拉压特性；低速与中高速冲击过程中，组合式缓冲器动力学模型及车辆冲击模型可依次完整有效地模拟缓冲器-压溃管-防爬器-车体结构变形产生的缓冲吸能动态过程及磁滞拉压特性曲线；列车冲击速度为5 km·h-1时，最大车钩力及组合式缓冲器最大行程均小于缓冲器阻抗力和行程限值，其压缩加载特性曲线仅呈现出气液缓冲器的加载特性；冲击速度为20 km·h-1时，最大车钩力为2 900 kN，最大行程为534 mm，防爬器已经触发，其压缩加载特性曲线呈现出了气液缓冲器-压溃管-防爬器组成的连续力学特性，此时车体结构未发生破坏；冲击速度达到25~30 km·h-1时，列车开始发生结构破坏，车钩力陡升；全自动车钩与半永久车钩参数选型能够满足冲击速度20 km·h-1以内的列车车体结构安全性。      

单组分地聚物砂浆的力学性能和微观结构分析

为了研究不同NaOH浓度、胶砂比及溶胶比在多种固化温度下粉煤灰地聚物砂浆的强度发展规律及其微观机理，进行了力学性能试验，并用扫描电镜（SEM）和压汞试验（MIP）分析了其微观形貌、孔径分布. 分析结果表明: 对浓度为10%的NaOH溶液制备的地聚物砂浆试件，即使在很高的温度下固化也没有观察到明显的强度发展；随着NaOH浓度增加或固化温度上升，单组分地聚物砂浆的抗压和抗弯强度均可获得最佳值，该值出现位置由热固化温度和NaOH浓度的共同决定；地聚物的孔径分布微分曲线为单峰分布，控制NaOH的浓度可以大幅减小孔径微分曲线的峰值，显著降低地聚物的孔隙率；粉煤灰颗粒在NaOH的作用下逐渐溶解，并在其表面形成胶凝物质，当Na+ 浓度较低时，地聚物较少，通过控制NaOH浓度可以使得地聚物变得密实，提高其抗压强度；基于热力学关系的分形模型描述地聚物孔结构形态的效果最好，其次为孔轴线模型，空间填充模型和海绵体模型只能较好地描述胶凝孔隙和过渡孔隙的孔结构分形维数；基于热力学关系与基于海绵模型分形维数计算值均在2.0～3.0之间，与一般水泥基材料的结果相近；适当调整NaOH的浓度可以改善地聚物的孔隙结构.      

一年龄期内超高泵送SCC力学性能时变研究

为揭示施工龄期内超高层建筑泵送自密实混凝土（SCC）轴心抗压强度、弹性模量以及劈裂抗拉强度等力学性能的时变规律，提供超高层建筑施工阶段力学性能分析的基础依据，依托某一超400 m高层建筑泵送SCC制作了120个试件，包括96个圆柱体件和24个立方体试件，并对其进行了不同时间龄期的力学性能测试，获取了超高层建筑泵送SCC的应力-应变曲线，提出了各力学性能指标时变及关系计算公式. 研究结果表明:超高层建筑泵送SCC在免振条件下具有良好的密实性；随着龄期的增长，超高层建筑泵送SCC的峰值应力增大，且其峰值应变显著大于普通混凝土的；早期14 d内为各项性能增长的关键阶段，弹性模量在90 d后趋于稳定，而轴心抗压强度和劈裂抗拉强度在28 d后仍有大幅增长；龄期T ≤ 60 d时，超高层建筑泵送SCC的轴压刚度随龄期增长呈增大趋势，而相对韧性则呈减小趋势，龄期T > 60 d时，二者均变化较小趋于稳定；超高层建筑泵送SCC强度的提高能增快早期性能的发展，且能增大轴压刚度和相对韧性；提出的各力学性能指标时变计算公式能为超高层建筑泵送SCC的力学性能预测与评估提供可靠依据.      

酸性环境对百色膨胀土胀缩性能的影响及其微观解释

以广西酸雨重灾区百色膨胀土为研究对象, 模拟不同酸性条件(pH值分别为3、5、7) 开展无荷膨胀率、膨胀力与线缩率试验, 研究酸雨对其胀缩性能的影响, 并采用扫描电镜(SEM) 图像和X射线衍射(XRD) 图谱分析了其微观结构与矿物成分, 运用IPP图像处理软件定量分析了SEM图像中试样的微结构。研究结果表明: 试样起始含水率降低时, 酸性环境对其膨胀变形的促进作用加大; 起始含水率由17%降至9%时, 不同酸性环境下试样的无荷膨胀率之差变大, 相比中性溶液, pH值为3和5的酸性溶液浸泡试样的无荷膨胀率增幅分别由20.6%和5.6%增至26.9%和7.0%;随着溶液pH值的减小, 试样无荷膨胀率、膨胀力与线缩率均呈阶段性增长; 相比中性溶液, pH值为3的酸性溶液浸泡试样的实测无荷膨胀率、膨胀力与线缩率分别增加了24.3%、37.5%和16.9%;环境酸性越强, 试样水分蒸发的速度越快, 脱湿至稳定时的含水率越低, 受酸侵蚀土的孔隙数和尺寸随之增加; 当溶液pH值从7分别降至5和3时, 土体孔隙率由8.7%分别增至11.9%和19.4%, 直径为3~5 μm的孔隙数急剧增多; 酸性环境使矿物结晶的程度变差, 其中游离的SiO₂、Al₂O₃、K₂O、MgO和CaO等胶结物出现不同程度的溶蚀和淋滤, 使原叠聚体间的结构联结强度减弱, 由面面叠聚结构逐渐向边边结构演化, 环境酸性愈强, 这种演化趋势愈剧烈, 直接导致膨胀土的胀缩变形增大。      

隧道衬砌混凝土的热力耦合室内试验研究

为研究受火时间和粗骨料含量与隧道衬砌混凝土宏观损伤的关系，根据隧道衬砌实际受火特点，自主改良设计一套衬砌混凝土热力耦合试验装置，研究粗骨料含量为20%、30%和40%的混凝土试块在载荷比恒为28%且不同受火时间下的损伤规律.研究结果表明：无火灾发生时，衬砌混凝土受较小荷载作用下，表面无劣化现象，质量无明显变化，残余抗压强度增加；热力耦合作用下，随着火灾时间增加，受火0.5 h后，试块表面有少许微裂纹形成，1.0 h后表面出现较宽的裂缝，细小裂缝分布较多且部分裂缝相互交叉，受火达到2.0 h，试块底面损伤严重，可以看出火灾的发展时间和程度对衬砌结构的损伤至关重要；随着混凝土粗骨料含量的降低，混凝土内部温度传导速度减慢，相同位置处的温度值变小，其表观损伤显著增加，20%粗骨料含量下质量损失率可达8.14%，而40%粗骨料含量混凝土质量损失率仅为4.10%，强度相同时，高含量粗骨料混凝土的抗火性能更优.     

含水率和腐蚀因素对钢筋混凝土柱抗震性能的影响

通过分析混凝土试块浸泡在水中和不同浓度腐蚀溶液中力学性能变化的试验结果,回归出混凝土抗压强度和弹性模量随含水率或腐蚀时间变化的计算模型,并通过纤维模型有限元程序OpenSees,对不同含水率或不同腐蚀程度的钢筋混凝土模型柱在低周往复荷载作用下的受力性能进行了模拟.结果表明：随着含水率的增加,两种养护条件下,构件抗震性能降低的程度较小,但随着腐蚀程度的增大,构件耗能能力和延性的降低及承载力和刚度的衰减比较显著.     

掺加聚丙烯纤维改善混凝土性能的研究

针对混凝土的抗变形能力差、耐磨性差等缺点,在混凝土中掺加一定量的聚丙烯纤维,通过聚丙烯在水泥混凝土中的阻裂、增韧机理。来增加混凝土的强度、韧性及耐腐蚀性等,可以延长混凝土路面的使用寿命。     

混凝土含水率对强度影响的试验

通过浸泡时间不同,改变混凝土试块的含水率,测试不同混凝土试块的含水率,并研究含水率变化对试块抗压强度影响的规律.研究表明：混凝土标号越高,饱和含水率越小;试块的面积体积比越小,饱和含水率越小;含水率未达1%时,属于表面吸水,对试块的抗压强度影响不明显;同样标号的混凝土试块,其测试抗压强度随着含水率的增高而降低,自然养护的试块,其测试抗压强度随着含水率的增大下降的速度大于标准养护试块.     

基于Wiener退化对镁水泥混凝土中钢筋的锈蚀预测

镁水泥混凝土对钢筋的腐蚀限制了其广泛的推广应用,为解决这一难题,提出利用涂层来缓解其对钢筋的腐蚀,确保镁水泥钢筋混凝土建筑满足设计规定的使用年限要求. 根据西部盐渍土地区的自然环境,采用溶液浸泡加速锈蚀的试验方法对氯氧镁涂层钢筋混凝土进行快速腐蚀试验;运用电化学工作站周期性地对氯氧镁涂层钢筋混凝土试块进行电化学试验;以表征涂层钢筋锈蚀的电化学参数（腐蚀电流密度）作为退化指标,在Wiener退化过程的基础上进行可靠度建模并且对涂层钢筋进行锈蚀预测. 研究结果表明:利用涂层钢筋腐蚀电流密度作为耐久性退化指标可以得到镁水泥涂层钢筋混凝土中的涂层钢筋锈蚀的可靠度函数,并确定出涂层钢筋在30 000 d左右达到中等腐蚀.      

胶粘剂和CFRP吸湿对复合材料粘接接头失效的影响

对胶粘剂和复合材料的影响进行解耦;采用常温环境分别对胶粘剂、碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)和CFRP/铝合金粘接接头进行不同时间周期的浸泡,研究了不同应力状态对粘接接头失效的影响;以准静态失效测试的失效强度和失效模式分析为主,结合傅里叶变换红外光谱仪分析、差示扫描量热法分析和扫描电子显微镜分析,分别研究胶粘剂和CFRP吸湿后的失效机理,揭示了吸湿对复合材料粘接接头失效的影响机理。分析结果表明:胶粘剂在吸湿30 d后发生了水解,失效强度下降约53.7%,失效应变约为原来的3.2倍;CFRP吸湿后表面粘附性降低,容易引起界面失效,但打磨之后能够得到改善,CFRP吸湿后纤维/基体界面力学性能降低,在正应力状态下更容易造成纤维撕裂;CFRP/铝合金粘接接头的失效强度在吸湿30 d后下降了约23%,失效断面中胶粘剂出现了韧性断裂和界面失效;通过对胶粘剂、CFRP和CFRP/铝合金粘接接头吸湿后的失效分析,发现剪应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效主要受胶粘剂吸湿后的性能下降影响,其次是界面失效的影响,而正应力状态下的CFRP/铝合金粘接接头失效还受CFRP性能下降造成的纤维撕裂影响。      

大连长山大桥耐久性设计

大连长山大桥处于严寒地区的海洋环境中,混凝土结构耐久性不但要考虑海水及海洋大气的腐蚀,还要考虑冻融损伤的影响。针对长山大桥的特殊情况,对混凝土耐久性设计进行了初步探讨,并提出了严寒地区跨海桥梁耐久性设计的几点建议。     

湿热环境下混凝土受酸雨腐蚀的试验研究

为了揭示酸雨环境下混凝土性能的劣化规律,分别配置p H1.5、p H2.5和p H3.5的3种溶液来模拟不同酸度的酸雨,在实验室自动喷淋装置中模拟降雨和加热干燥,采用干湿交替的试验方法对100个C40混凝土试件进行不同程度的加速腐蚀,得出不同腐蚀状态下混凝土外观、质量、中性化、抗压强度的变化规律。试验结果表明：随着腐蚀时间的延长混凝土的外观有不同程度的劣化,中性化深度不断加深。混凝土质量、抗压强度在p H2.5和p H3.5条件下都是先短暂地增大后逐渐减小,而在p H1.5条件下是一直递减。     

溶蚀岩体各向异性力学性质的试验研究

溶蚀岩体通常对岩体工程稳定性具有关键控制作用. 为了揭示富含层理溶蚀岩体各向异性力学性质演化规律，分别针对不同溶蚀率（K = 0%，5%，10%，15%，20%）的岩体进行室内单轴抗压试验，获取每种溶蚀率条件下不同夹角（α = 0°，30°，45°，60°，90°）抗压强度和弹性模量，分析岩体破坏特征，依据试验结果建立含层理溶蚀岩体抗压强度和弹性模量的预测模型，并进行实验验证. 结果表明:抗压强度在α = 0°，90° 时最大，α = 45° 时最小，整体呈现对称U形；弹性模量在α = 60° 最小，α = 90° 最大，整体呈现不对称U形；完整岩体抗压强度以及弹性模量的各向异性指数最大，分别为1.98、3.05，随着溶蚀率增大其值逐渐减小，K = 20%时，分别为1.10、1.36；溶蚀率较小岩体变形破坏受岩体基质和层理控制，以劈裂、错动剪切和滑动剪切为主；随着溶蚀率增大，变形破坏受溶蚀孔隙和骨架控制明显，以骨架鼓胀剪切错动、压碎破坏为主.      

泡沫铝压缩试验及等效仿真模型研究

为了研究泡沫铝结构在直升机耐坠性设计中的应用效果,本文基于万能材料试验机和霍普金森压杆分别对两种相对密度的闭孔泡沫铝在准静态（0.001/s）和高应变率下（500/s、1 000/s）的力学性能进行了测试;然后,建立了可反映应变率效应的泡沫铝等效有限元模型;最后,将泡沫铝等效模型应用于直升机驾驶舱耐坠性的仿真中,分析了置入不同密度泡沫铝等效模型后直升机受到的冲击和变形情况.结果表明：泡沫铝的平台应力以及质量比吸能随相对密度、应变率的增加而增加,但密实化应变则相反;泡沫铝等效有限元模型与实验结果曲线保持一致,模型准确性较高;此外,通过置入两种密度的泡沫铝材料,驾驶舱地板的最大变形量分别减少了28%和73%,机身部件的承载压力平均减少了28%和42%,高密度泡沫铝承载能力更强,效果更好.     

高寒盐沼泽区干湿-冻融循环下桥梁桩基腐蚀损伤与承载特性

为探明青海地区桥梁桩基在干湿-冻融循环条件下的腐蚀损伤特性, 依托德香高速公路工程, 在现场埋设钢筋和混凝土试件进行干湿-冻融循环1年, 采用室内试验将混凝土试件进行干湿-冻融循环225次, 对比分析了不同位置和不同循环时间条件下混凝土质量、抗侵蚀系数、相对动弹性模量、抗压强度、微观机理以及钢筋锈蚀率的变化规律; 采用数值仿真分析了未防护桩基20年内承载力变化规律, 并提出了高寒盐沼泽区桥梁桩基防护措施。研究结果表明: 随着试件埋设深度的增加, 现场桩基混凝土试件的抗侵蚀系数相关度增大, 最大值为0.93;随着时间的增加, 桩基混凝土试件的抗压强度最大损失率为38.20%, 埋深0.25 m处钢筋的面积锈蚀率最大, 为91%;表面涂抹环氧树脂可以有效减少钢筋锈蚀率, 桩基混凝土试件与钢筋的质量变化不明显; 干湿-冻融循环225次时, 桩基混凝土试件的边角处出现脱落, 四周出现裂纹, 但质量变化较小, 相对动弹性模量降低了39.10%, 抗侵蚀系数降低到0.51, 混凝土的抗压强度损失率为65.88%, 其内部因出现Friedel盐等膨胀性物质而趋于破坏; 随着剥落厚度和腐蚀深度的增加, 前8年桩基的承载力基本不变, 8年后其承载力逐步降低, 若不进行维护, 第20年桩基承载力降低34.45%;建议在桩基服役8年后, 要进行重点防护。