掺超细粉煤灰高性能混凝土应力-应变全曲线试验研究

对5组132块C60～C80掺超细粉煤灰高性能混凝土试件和2组33块C50～C60普通混凝土试件进行单轴受压试验,测得了其应力应变全曲线并进行了理论分析和比较.给出了掺超细粉煤灰高性能混凝土棱柱体强度、峰值应变、弹性模量与立方体强度的关系,并与普通混凝土进行了对比.掺超细粉煤灰高性能混凝土应力应变全曲线与普通高强混凝土相似;给出了适用于不同强度等级粉煤灰高性能混凝土的受压应力应变全曲线统一数学表达式,其理论曲线与试验曲线吻合较好.     

掺超细粉煤灰高性能混凝土应力应变全曲线试验研究

对5组132块C60～C80掺超细粉煤灰高性能混凝土试件和2组33块C50～C60普通混凝土试件进行单轴受压试验，测得了其应力应变全曲线并进行了理论分析和比较。给出了掺超细粉煤灰高性能混凝土棱柱体强度、峰值应变、弹性模量与立方体强度的关系，并与普通混凝土进行了对比。掺超细粉煤灰高性能混凝土应力应变全曲线与普通高强混凝土相似；给出了适用于不同强度等级粉煤灰高性能混凝土的受压应力应变全曲线统一数学表达式，其理论曲线与试验曲线吻合较好．     

活性掺合料对再生混凝土耐久性影响

由于再生集料本身具有一些天然缺陷,导致再生集料配制的混凝土综合性能较同级配普通混凝土差,而矿渣、粉煤灰等活性掺合料可以改善混凝土的物理力学性能和耐久性能.本课题采用再生粗集料以不同比例取代天然集料的同时,用矿渣、粉煤灰等活性掺合料等量取代水泥,研究掺活性掺合料再生混凝土的力学性能和耐久性能.实验结果表明,随再生集料用量增加,混凝土的物理力学性能和耐久性能有所下降,但掺加一定量的活性掺合料可以明显改善再生混凝土的耐久性能.采用合适掺量的矿渣可以配制出坍落度为180 mm,28 d强度达50 MPa以上,各种耐久性能指标均达到基准混凝土技术指标的再生集料混凝土.     

有初应力的FRP约束混凝土圆柱应力—应变分析型模型

为准确模拟有初应力的纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土的单轴受压性能,基于采集的103个试验数据,引入初应力水平影响因子,提出考虑初应力的FRP约束混凝土圆柱的峰值应力与峰值应变的计算公式,以及反映轴向—侧向应变关系的三折线计算公式,在此基础上再基于Mander本构模型的主动约束方程,建立有初应力的FRP约束混凝土圆柱应力—应变分析型模型。将该分析型模型和既有模型的计算结果与试验结果进行对比,结果表明:考虑初应力的该分析型模型的计算曲线与试验曲线整体吻合较好,由该分析型模型计算得到的峰值应力和峰值应变与试验结果的误差均在20%以内,优于部分既有模型。     

CFRP-混凝土界面黏结性能试验研究及有限元分析

采用6组面内双剪试验研究了碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)与混凝土界面的黏结行为。为了保证双剪试件两侧界面受力均匀且处于纯剪切状态,对传统的试件制作方法进行了改进并取得了较好的效果。基于试验结果建立了Popovics型界面黏结滑移本构关系,将此本构关系引入有限元模型并对影响界面黏结性能的结构参数进行了分析。结果表明:界面的峰值应力随混凝土强度的增大而增大,随外贴CFRP宽度的增大而减小,但界面的极限剥离荷载呈增加趋势。与常用的2种界面极限剥离荷载计算模型对比表明,本文所提供的剥离荷载计算方法与两者较为接近,能够较好地预测CFRP-混凝土界面的极限剥离荷载。     

温度与围压作用下的岩石损伤本构关系研究

基于统计强度理论及损伤力学原理,以H-B准则为岩石强度准则,构建考虑温度与围压共同作用的岩石损伤演化方程及本构模型,采用理论推导与试验相结合的方法推导出模型参数;根据前人的试验参数,拟合出某大理岩在15 MPa围压、不同温度和200℃、不同围压下的应力应变曲线,与试验曲线进行比较以验证模型的可靠性。研究结果表明:所构建的岩石损伤演化方程和本构模型在15 MPa围压和不同温度情况下以及200℃温度和不同围压情况下的拟合应力应变曲线与试验曲线吻合良好,岩石杨氏模量、峰值应力和峰值应变高度一致,能够很好地反映岩石在温度和围压作用下的损伤演化和本构关系,验证了该模型及模型参数确定方法的合理性和可靠性;为岩石力学的发展和工程应用提供了新的岩石损伤模型和本构模型,具有一定的理论价值和实际意义。     

板式轨道充填层自密实混凝土的动态力学特性

为掌握高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层自密实混凝土(SCC)在高速列车等动载作用下的力学特性,采用Ф75mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,研究充填层SCC在10~100 s~(-1)条件下的动态力学性能,并基于应变等价性假说和统计损伤理论建立充填层SCC动态本构模型。研究结果表明:随着应变率增加,SCC的破碎程度增大;SCC的峰值强度、峰值应变和比能量吸收均随应变率的增大而增大,表现出明显的应变率敏感性,且其应变率敏感性大于普通混凝土;建立的动态本构模型可用来描述SCC在相应应变率下的应力应变关系。     

基于三维扫描与数值技术的粗集料形状特征与级配研究

粗集料体系作为混凝土主要组成部分,其颗粒构成对混凝土各项性能的改善起到了关键作用。为优化粗集料体系颗粒构成,以实现粗集料形状特征和级配精细化、数字化分析目标,采用激光三维扫描技术获取了粗集料的点云坐标,结合三维图像技术,进行粗集料的几何形状重构与三维形状参数准确测量,并提出球度、长短轴长比、粒径离散度和级配分形维数等指标。同时,基于粗集料的点云数值处理技术与分形理论,计算得到级配粒径和表面分形维数等指标,表征评价不同粒径粗集料形状特征及级配。研究结果表明：激光三维扫描和数值技术可快速重构出粗集料的真实形状,并能准确得到粗集料三维形状参数,提出的球度、长短轴长比和粒径离散度指标均能较好地对粗集料形状特征进行表征评价。其中,长短轴长比在表征粗集料球形度方面更具显著性与敏感性;采用三维图像数值技术与分形理论计算得到的粗集料级配分形与表面积分形维数,与粗集料粒径、表面粗糙度有密切联系,实现了粗集料几何特征的数值描述与评价;同时采用质量加权得到的粗集料级配分形维数,建立的粗集料颗粒级配计算函数计算结果与试验结果一致,研究结果可为粗集料级配的快速优化分析表征提供技术支持。     

水泥改良泥质板岩粗粒土力学性质的应变率效应研究

利用大型静动三轴仪开展不同应变率下的水泥改良泥质板岩粗粒土三轴抗压试验,研究水泥改良土应力—应变特征关系以及应变率对土的抗压强度、弹性模量等力学参数的影响。在此基础上,分别提出这些参数与应变率之间的拟合关系式,分析水泥含量对应变率效应的影响。研究结果表明:随着应变率增加,抗压强度、峰值应力对应的应变和弹性模量均增加。拟合结果良好,提出的拟合关系式合理;水泥含量越大,抗压强度、峰值应力对应的应变和弹性模量等参数随应变率的提高越显著。     

硫酸盐全浸泡腐蚀下不同掺合料混凝土耐久性研究

为研究不同掺合料混凝土在全浸泡硫酸盐腐蚀环境下的耐久性规律,设置替代率为20%的粉煤灰和硅粉两种掺合料作为胶凝材料掺入混凝土中,开展5%、10%、20%浓度的硫酸钠溶液全浸泡条件下168 d腐蚀试验。通过受腐蚀混凝土的宏观质量变化和抗压强度变化规律表征混凝土的宏观耐久性能,并以SEM试验探究混凝土受腐蚀微观潜在机制。利用混凝土相对质量评价参数指标,建立Weibull概率分布模型预测混凝土剩余寿命以反映其耐久性。结果表明：质量变化率和抗压强度变化趋势均为先上升后下降,峰值出现在浸泡腐蚀的第84天,粉煤灰对降低混凝土质量变化率效果更好,硅粉对提高混凝土早期强度效果更好,而溶液浓度对各试验组影响较小;微观上导致受硫酸盐腐蚀混凝土劣化原因为二次水化后生成的钙矾石;粉煤灰和硅粉均对抵抗硫酸盐腐蚀有较好表现,而粉煤灰更优。     

高温后钢管高性能混凝土轴压短柱力学性能研究

通过48根高温冷却后钢管高性能混凝土(C80)短柱的试验研究,探讨了火灾温度、恒温持续时间、含钢率等因素对高温后钢管高性能混凝土短柱极限强度、峰值应变、平台强度等的影响,并对构件高温后的工作机理进行了较深入的分析。试验表明,随着火灾温度的升高和恒温时间的增加,高温后钢管高性能混凝土短柱极限承载力整体上呈降低趋势,且温度高于500℃后,其下降速度更快,而在其他条件相同时,高温后钢管高性能混凝土短柱的极限承载力随含钢率增加略有提高。根据试验结果,建立了高温后钢管高性能混凝土组合材料应力 应变关系曲线计算公式和极限强度、峰值应变、平台强度、极限承载力等经验计算公式,其计算结果与实测结果吻合较好。     

微掺碳纳米管泡沫混凝土特性演化规律研究

为研究以微掺量碳纳米管(CNTs)纤维制备的CNTs泡沫混凝土(CNTFC)作为隧道卸压吸能材料的适用性，联合单轴加载和数字散斑采集技术，通过室内试验研究不同CNTs纤维掺量对CNTFC试件受载变形特征影响规律，并结合SEM-EDS测试技术分析CNTFC试样强度形成机理；针对不同CNTs掺入率CNTFC试件应力-应变、位移场、最大剪应变场演化规律进行研究。结果表明：CNTFC材料极限应变远大于普通混凝土脆性材料的极限应变，随CNTs掺量增加CNTFC试件峰后在保持一定变形条件下仍能提供较高抗压阻力，该特性是围岩支护卸压材料必有性能；提出CNTFC试件变形局部化启动条件分为应变判定条件和应力判定条件，应变判定条件为达到峰值应变的86.7%,应力判定条件为达到峰值应力的80.1%,以应变条件作为CNTFC试件变形局部化启动判定条件更为合理；微观测试结果表明水泥基材料水化产物与CNTs纤维所形成的复杂网络结构使CNTFC试件宏观力学性能得以提高。     

双轴压缩条件下碎石集料静力剪切特性研究

基于离散单元法,利用PFC2D内置Fish语言编制碎石集料双轴实验条件,结合计算机语言与PFC2D中Clump命令编制将球形单元转化为随机多边形块体单元的程序。通过对比室内大型三轴试验对数值模型进行参数标定与验证,在此基础上分析3种典型粒径碎石集料的应力-应变特性以及抗剪强度特性。结果表明,围压对集料的应力-应变特性影响明显。对于不同粒径的碎石集料而言,随着围压的增加,偏应力峰值增加而应力比减小;在本文选定的围压范围内碎石集料均呈现出先压缩最终剪胀的特性,围压越大,压缩量大,最终的剪胀越不明显;碎石集料的强度包络线为非线性,相同围压条件下的抗剪强度随着粒径的增大而增加;表征摩擦角随围压的增加而减小,相同围压下,粒径越大,表征摩擦角也越大。     

恒高温下混凝土及钢管混凝土受压力学性能研究

对国内进行的恒高温下C20-C80强度等级的混凝土单轴受压力学性能的试验资料进行了重分析,提出了恒高温下C20-C80强度等级混凝土轴心抗压强度、受压弹性模量、受压峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受压应力-应变全曲线计算公式。并进一步建议了恒高温下钢材的多轴弹塑性本构模型和混凝土轴对称三轴受压本拘模型,应用连续介质力学建立高温下钢管混凝土同时受压的同心圆柱体计算模型,采用弹塑性全过程分析理论,编制相应的计算程序,对恒高温下钢管混凝土轴压短柱受力性能进行全过程分析,计算结果与试验结果符合较好。     

钢管含砖骨料再生混凝土柱轴压力学试验研究

通过20根钢管含砖骨料再生混凝土圆柱试件的轴压试验,分析再生粗骨料取代率、套箍系数等对试件轴压性能影响,观察试件受力全过程以及破坏形态,得到钢管含砖骨料再生混凝土试件的应力-应变全过程曲线,分别分析2个参数对试件承载、应力应变行为等影响,试验表明:钢管含砖骨料再生混凝土与普通钢管混凝土具有相似的破坏过程,再生粗骨料取代率与套箍指标均对承载能力和变形性能有影响。同时,分别用套箍混凝土理论、统一强度理论和叠加计算理论中的12个公式进行承载力计算分析,与试验值进行比较,结果表明:套箍混凝土理论计算值较接近试验值,统一强度理论较为安全,叠加计算理论值安全储备最大。最后,对计算结果较为安全且精确度较高的规范GB(50936—2014)中的公式进行修正,考虑再生粗骨料取代率的影响,提出修正系数θ,并验证修正系数的正确性。     

疲劳荷载后重载铁路桥梁剩余静载承载力试验研究

基于应变和振幅的疲劳试验实时测试系统,通过10片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究重载铁路桥梁疲劳后静载破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随反复荷载次数的变化规律。研究表明:重载铁路32m预应力混凝土梁疲劳后剩余静载承载力演变呈现"Z"字形三折线的3个阶段,即基本不变阶段、直线下降阶段和压弯失稳破坏阶段。第一阶段,疲劳后试件静载破坏形态与普通静载破坏形态相同,试件静载承载力基本保持不变;第二阶段,试件静载承载力直线下降,直至压弯失稳破坏,最终梁的剩余静载承载力降至原有承载力的50%~60%,主要由预应力筋提供。与普通静载破坏试验相比,疲劳后静载破坏试验不同的地方主要表现在混凝土、梁底普通钢筋和预应力筋等材料的应力-应变本构关系上,受压区混凝土残余应变不断增加,变形模量降低了20%~30%,普通钢筋和预应力筋残余应变也明显增加,但弹性模量和屈服强度(预应力筋极限强度)基本不变。     

CRTSⅠ型CA砂浆动态压缩试验及本构关系研究

研究目的:水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)层充填在CRTSⅠ型板式无砟轨道的轨道板和底座板之间,起着支承、传载、调整、减振隔振等功能,因此需要全面研究CA砂浆的力学性能。本文以现场取样CA砂浆圆柱体试件为对象,考虑10-5s-1~10-2s-1四种不同应变率,在位移和应变率双重控制下,测试动力加载条件下单轴受压应力-应变全曲线;研究抗压强度、峰值应变、弹性模量等力学参数的应变率效应以及本构方程。研究结论:(1)应变率对CA砂浆的力学性能影响显著;(2)CA砂浆的抗压强度、弹性模量和峰值应变均随应变率的增加而增大,其中抗压强度应变率敏感性最强,在10-5s-1~10-2s-1应变率范围内,强度可提高2.5倍左右;(3)CA砂浆在不同应变率下的应力-应变曲线形状相似,不同应变率下CA砂浆的应力-应变关系可以用本文提出的有理分式表达;(4)通过与试验数据对比发现,本文提出的不同应变率下CA砂浆的本构方程与试验结果吻合较好,研究成果可为CA砂浆率型本构模型的建立提供试验基础,从而应用于板式轨道的动力设计中。     

变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能试验研究

通过不同直径和不同埋长的普通热轧变形钢筋活性粉末混凝土的钢筋拔出试验,研究变形钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能及粘结—滑移的本构关系。研究表明:活性粉末混凝土与钢筋的极限粘结应力随着钢筋直径的增加而下降,钢筋直径相同时随着锚固长度的增加而降低。提出普通热轧变形钢筋与活性粉末混凝土的极限粘结强度与锚固长度的计算公式。运用该计算公式得出,直径为14和16 mm钢筋的锚固长度适宜取3倍钢筋直径,直径为18 mm钢筋的锚固长度适宜取4倍钢筋直径。根据试验数据回归出基于相对保护层厚度和相对有效粘结长度的极限粘结应力计算公式和粘结应力与滑移的本构关系式。     

落锤冲击下混凝土圆柱体动力效应数值模拟

为研究混凝土材料在低速冲击下的动力效应,对一组应变率在100/s~101/s范围内的混凝土圆柱体落锤轴向冲击试验进行数值模拟研究。以自研发混凝土动态应力传感器实测应力-应变曲线为基准,对混凝土连续面盖帽模型(CSCM模型)关键参数进行参数优选,计算得到不同冲击速度下的冲击力时程、试件应力、试件内能、侵蚀内能、应变率及动力增强系数(DIF)的变化规律,获取试件损伤破坏云图。研究结果表明:试件应力、应变率和试件内能与冲击速度大致呈线性关系,混凝土材料动力增强系数与应变率大致呈抛物线关系。对比计算损伤破坏云图与试件破坏的高速摄影照片可知,经过参数优选后的CSCM模型,在低速冲击范围内有很好的计算精度,模拟破坏形态与试验结果吻合良好。     

基于Duncan-Chang模型的水泥土搅拌桩复合地基试验研究

通过室内三轴试验对水泥土桩的本构关系进行了研究,探讨了围压、水泥掺入比等因素对水泥土桩复合地基应力—应变、孔压变化规律的影响。通过对经典的Duncan-Chang模型进行修正,获得了水泥土搅拌桩复合地基的Duncan-Chang模型参数,为今后的有限元分析提供参考。