考虑残余强度修正的混凝土冻融损伤层及轴心受压模型研究

采用符合实际冻融环境的气冻气融试验方法,对混凝土受冻后损伤度的评估及轴心受压模型进行了系统研究.根据超声波平测法确定混凝土冻融损伤层厚度,以损伤层作为混凝土冻融损伤度评价指标,并考虑损伤层内的残余强度,引入损伤层修正系数α,提高了损伤度评估的可靠性;讨论损伤演化规律,建立了基于冻融损伤层的混凝土轴心受压本构模型.研究结...     

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。     

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.     

寒冷地区高速铁路桥梁冻融损伤研究

针对高速铁路桥梁中普遍使用的32m箱梁,以哈大高速铁路为工程依托,基于哈尔滨典型气象年逐时气象资料,综合考虑气温、太阳辐射、风速对桥梁温度场的影响,利用Ansys有限元软件研究寒冷地区高速铁路桥梁冻融损伤。结果表明:混凝土桥梁结构的形式及尺寸效应对其温度场的分布规律及冻融循环次数影响较大,同一结构的不同部位混凝土的冻融损伤程度存在较大差异;距离结构表面深度越深,温度变化越滞后,变化幅度越小,桥梁结构的冻融损伤程度随其深度的增加而呈指数规律递减;哈尔滨地区高速铁路桥梁顶板上表面混凝土和底板下表面混凝土的年等效冻融循环次数分别为4.157次和0.571次,前者的冻融情况远比后者严重;哈尔滨地区高速铁路桥梁混凝土抗冻等级建议值为≥F400。     

冻融作用下纤维土抗剪强度影响因素试验研究

为研究冻融循环作用对纤维土抗剪强度的影响,以东北季冻区的某工程黏土为研究对象,通过正交试验,分析纤维掺量、纤维长度、冻融循环次数3个因素对聚丙烯纤维土抗剪强度的影响规律,经过综合分析得到纤维长度为9 mm,纤维掺量为3‰的最佳组合方案;通过对比试验得出冻融作用下纤维土抗剪强度指标的变化规律。研究结果表明:纤维土黏聚力较素土有一定的提升,且提升效果随冻融次数的增加更显著;内摩擦角随冻融次数的增加出现先增大后减小的现象。     

冻融循环下煤渣改良土细观结构演化研究

研究目的:为研究冻融循环作用对煤渣改良土细观结构的影响,开展不同冻融条件下煤渣改良土的CT扫描试验及三轴压缩试验,获得冻融循环次数、冻结温度、初始含水率不同条件下煤渣改良土孔隙的发展规律及弹性模量演变规律。通过对试样截面的分区观测,分析各区域面积的发展规律,并建立细观结构演化与弹性模量的关系。研究结论:(1)随冻融循环次数的增加,煤渣改良土试样的内部高密度区面积逐渐减小,中、低密度区面积逐渐增加,孔隙区面积基本保持不变,前5次冻融循环对煤渣改良土结构的影响较大;(2)随冻结温度的降低,煤渣改良土试样高密度区面积出现小幅下降,中、低密度区面积有所增加,但变化程度不大,孔隙区面积基本保持不变,高、中、低密度区面积的变化在-5～-15℃之间较为敏感;(3)随含水率的增加,高密度区面积逐渐减小,中、低密度区面积有所增加,孔隙区面积也有一定程度的增加,各区域面积的发展呈加速趋势,单一因素影响条件下,冻融循环次数对试样造成的影响最大,试样初始含水率的影响次之,冻结温度的影响最小;(4)根据冻融损伤因子建立的损伤演化模型具有一定的精度,能较好地反映冻融作用下细观结构演化与弹性模量之间的关系,可为寒区...     

活性粉末混凝土在海水冻融作用下的耐久性

通过海水冻融循环试验,对不同配合比的活性粉末混凝土进行抗压强度和氯离子渗透性变化规律研究,并在此基础上建立基于冻融破坏和氯离子侵蚀为控制因素的使用寿命预测模型。结果表明:粉煤灰和矿粉替代部分硅粉降低了活性粉末混凝土的28d抗压强度,但提高了抗海水冻融能力;冻融破坏为混凝土材料寿命的控制因素时,在海水冻融循环作用下,掺入粉煤灰或矿粉的活性粉末混凝土的使用寿命均大于单掺硅粉的活性粉末混凝土,且活性粉末混凝土的使用寿命均超过90a,而C50高性能混凝土使用寿命仅为24.4a。基于Monte Carlo随机模拟和Weibull分布理论,建立以氯离子侵蚀破坏为控制因素的混凝土结构使用寿命预测模型,对不同配合比活性粉末混凝土使用寿命的分析表明,保护层厚度的增加能显著提高活性粉末混凝土的使用寿命,粉煤灰和矿粉替代硅粉也可提高使用寿命,粉煤灰存在最佳替代率,而矿粉替代率越高寿命越长。     

冻融作用下石灰土填料的力学特性研究

通过冻融循环后石灰改良土的力学试验,研究冻融对石灰改良土力学特性影响的规律。研究结果表明,封闭条件下,首次冻结和融化作用明显影响石灰土的力学特性,经历多次冻融后其力学特性逐渐趋于稳定;随着冻融次数的增加,石灰土的静强度、弹性模量和临界动应力逐渐衰减,经历6次冻融后基本保持稳定,建议工程应用中可采用6次冻融后的力学指标作为设计值;石灰土的临界动应力随围压的增加而增大,石灰土的临界动应力较素土提高约1.5倍;石灰土样的动应力应变关系近似双曲线,同一动应力水平下,动应变随冻融次数的增加而增大。     

冻融损伤对大准铁路言正子2~#隧道围岩稳定性的影响

以大同—准格尔铁路言正子2#隧道为工程背景,运用数值计算方法对冻融循环作用下隧道围岩的稳定性进行了分析。结果表明:言正子2#隧道病害主要由冻融损伤造成,病害类型主要为拱顶开裂和边墙剥落;隧道围岩最大水平位移、最大垂直位移和最大主应力均随冻融循环次数的增加而增大;隧道围岩最大水平位移出现在边墙,最大垂直位移出现在底板中心,最大主应力出现在拱脚,故边墙、底板中心和拱脚易产生混凝土开裂、剥落等病害;经历不同冻融次数后隧道围岩均未出现拉应力,表明衬砌有效地控制了围岩变形。     

冻融循环对混凝土质量损失及相对动弹模量影响的试验研究

增强混凝土的抗冻性能指标是提高极端环境下混凝土耐久性的关键.本文通过加强试件制作过程中引气剂含量的精确控制及采用先进的混凝土自动冻融试验机实现试验方案的改进,深入研究10种混凝土强度等级、8种抗冻等级的试块的冻融循环次数与混凝土质量损失及相对动弹模量的定量关系.研究结果表明:混凝土的强度等级越高其抗冻融循环的能力越强;混凝土的抗冻能力与引气剂的含量密切相关;C25及以下强度等级混凝土经历300次冻融循环、质量损失和相对动弹性模量损失可满足要求,C30及以上混凝土经历350次冻融循环可满足要求.     

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。     

铁路桥梁用混凝土保护层垫块力学性能研究

阐述混凝土保护层垫块对铁路混凝土结构耐久性的作用,分析铁路桥梁用混凝土保护层垫块应用和检验过程中存在的问题,运用有限元分析方法模拟铁路箱梁用混凝土保护层垫块受力的边界条件,通过理论分析得到其承载力,并进行承载力试验研究。研究结果表明:混凝土强度等级达到C40时,混凝土保护层垫块的承载力满足使用要求。同时给出了可以作为混凝土保护层垫块产品标准的要求:制作混凝土保护层垫块的碎石粒径宜为3~7 mm;混凝土保护层垫块承载力应6.9 k N;混凝土保护层垫块强度应达到混凝土强度等级C40及以上。     

基于疲劳损伤机理的混凝土冻融劣化模型分析

结合动弹性模量相对值的变化特点,对不同系列的混凝土试件进行了抗冻试验,基于疲劳损伤机理建立了混凝土冻融劣化模型,并引用相关试验数据对模型进行了验证,结果表明建立的模型与冻融试验数据相关性非常好,能够较好地反映混凝土冻融损伤劣化规律,可作为预测混凝土冻融损伤和寿命的新方法。     

钢筋与超高性能混凝土的黏结性能试验研究

通过30个试件的拔出试验,研究钢筋黏结长度、保护层厚度、养护龄期等因素对钢筋-超高性能混凝土黏结性能的影响规律。结果表明:极限黏结应力随钢筋黏结长度的增大而降低,随保护层厚度、标养龄期的增加而增大。基于试验结果建立了极限黏结应力与保护层厚度、黏结长度和钢筋直径之间的计算公式。     

冻融循环对粉质黏土工程特性的影响

冻胀与融沉作用可改变岩土体的结构和构造,进而影响岩土体的物理力学性质。本文选取锦州粉质黏土为研究对象,对其进行有水源补给的多次冻融循环试验,对冻融前后的土样分别进行位移、含水率、密度和抗剪强度测试。试验结果表明:锦州粉质黏土经过多次冻融循环后,土的体积有所增加,随着冻融次数的增加,冻胀量和融沉量先增大后减小;土体中含水率在前面2次冻融循环过程中上升较快,经历3次冻融循环后基本稳定;土体的密度则有所降低,由1.833 g/cm3降低至1.730 g/cm3;土体黏聚力显著降低,内摩擦角先增大后减小,经过7次冻融循环后,内摩擦角与冻融前相当。     

复杂环境下CFRP-高强混凝土界面性能有限元分析

利用ABAQUS有限元分析软件,对持续荷载与冻融循环耦合作用下以及持续荷载与干湿循环耦合作用下CFRP加固高强混凝土双面剪切试件的界面黏结性能试验进行有限元模拟,将模拟结果与已有试验结果进行对比。结果表明:有限元模拟的计算值与试验结果吻合较好,2种复杂环境均会造成黏结界面的损伤,随着冻融循环与干湿循环作用次数的增加,试件界面的极限荷载、极限端部黏结滑移均随之降低,持续荷载的施加使降低程度加剧。在验证模拟结果正确的基础上,进一步分析试件的破坏形态的变化规律,在冻融循环作用下,试件发生混凝土内部剪切破坏;随着干湿循环作用次数的增加,试件的破坏方式由混凝土内部剪切破坏逐渐转变为界面的黏结破坏。     

混凝土三轴循环力学特性及能量演化特征试验研究

循环扰动荷载对地下工程稳定安全具有重要的影响。利用GCTS动态岩石三轴试验系统,对混凝土试样开展常规三轴及三轴循环加卸载试验,研究了循环荷载作用下混凝土的力学特征、变形机理及能量演化规律。研究结果表明：三轴循环加卸载条件下混凝土峰值强度低于常规三轴峰值强度;随着循环次数增加,滞回环面积及塑性应变逐渐增大,试样损伤逐步加剧;混凝土试样破坏时弹性模量逐步降低,相同加载次数时弹性模量随围压增大而不断增大,试样刚度增大;随着循环次数增大,每个循环内总能量密度及耗散能密度都呈现出缓慢增大-急剧增大-减小的趋势,单个循环内总能量及耗散能密度的急剧增大可作为判断混凝土试样损伤破坏的前兆信息。     

CRTSⅢ型减振板式轨道垫层刚度限值研究

为研究CRTSⅢ型减振板式轨道减振垫层刚度对自密实混凝土耐久性的影响,应用弹性地基梁-实体有限元模型,以减振垫刚度限值为研究对象,考虑列车荷载与正温度梯度共同作用,计算不同垫层刚度下自密实混凝土的拉应力、裂纹分布及宽度、耐久性损伤度。结果表明,随减振垫层刚度减小,自密实混凝土层拉应力、裂纹数量、裂纹宽度及耐久性相对损伤度均逐渐增大;依据自密实混凝土层耐久性要求,得到减振垫层的面刚度下限值为20 MPa/m。     

持续荷载作用对粉煤灰混凝土冻融性能的影响

在不施加和施加持续荷载条件下,进行不掺和掺20%,40%粉煤灰的混凝土冻融试验,研究持续荷载作用对粉煤灰混凝土抗冻性能的影响。试验结果表明:与不施加持续荷载试件对比,施加持续荷载作用后粉煤灰混凝土的抗冻性能降低;粉煤灰掺量存在一临界值,对于C40混凝土,该临界值在20%～40%之间,低于该临界值,粉煤灰混凝土的抗冻性能随着粉煤灰掺量的增大而提高,超过该临界值,粉煤灰混凝土的抗冻性能随着粉煤灰掺量的增大而降低,且持续荷载作用会使该临界值变小;混凝土的抗冻性能存在陡劣点,持续荷载作用会使该陡劣点提前出现。根据试验结果,以陡劣点为阶段分界点,采用回归方法给出能够考虑粉煤灰掺量的混凝土冻融损伤两阶段模型。     

胶层厚度对CFRP布加固RC梁抗弯承载力影响研究

为研究黏结胶层厚度对CFRP布外贴加固有预损伤的钢筋混凝土梁抗弯承载力的影响,对已有纤维片材加固混凝土试件的黏结胶层厚度控制方法进行改进,完成2根基准对比梁和4根损伤加固梁的抗弯试验,并采用有限元软件ABAQUS分别建立三维实体模型和纤维梁模型对试验进行数值模拟。研究结果表明：当黏结胶层厚度从0.5 mm增至3 mm时,试件的极限抗弯承载力和对应的极限挠度分别增大18.3%和44.8%。黏结界面的剥离荷载随黏结胶层厚度增大而增大。当黏结胶层厚度从0.5 mm增至2 mm时,黏结界面的剥离荷载小于碳纤维布的断裂荷载,试件的失效形式仍为黏结界面剥离。当黏结胶层厚度增至3 mm时,黏结界面的剥离荷载超过碳纤维布的断裂荷载,试件的失效形式转为CFRP布断裂。随着黏结胶层厚度增大,界面的有效黏结长度增加,应力分布趋于均匀,局部应力集中放缓,CFRP-混凝土界面的黏结性能随之增强。在需要大量计算的非线性分析中,合理地建立纤维梁有限元模型可在满足分析精度的基础上大幅提升计算求解速度。