喷层混凝土-围岩组合体的循环冲击压缩试验研究

针对巷(隧)道爆破开挖施工中,喷层混凝土和围岩黏结面近区双层介质动态力学问题,利用Φ75 mm SHPB试验装置,对龄期为3 d,7 d,10 d的混凝土-岩石组合体试件进行不同冲击气压的循环冲击试验。结果表明,早龄期混凝土对组合体试件的动力特性影响较大,在0.52 MPa冲击气压下,循环冲击2次后,组合体试件力学特性由塑性转变为脆性,峰值应变减小,弹性模量增大,随着循环冲击次数的增加,组合体试件力学性能被劣化,峰值应变增大,弹性模量降低;循环冲击后,混凝土与岩石端面均出现张拉损伤裂纹,混凝土损伤较岩石严重。对比0.54 MPa和0.56 MPa试验结果,发现试件耗散能与损伤值呈负相关关系,低入射能条件下组合体试件损伤更小,这对现场施工具有重要的指导意义。     

超高韧性水泥基复合材料多次冲击压缩性能及本构关系

利用直径80 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统进行了超高韧性水泥基复合材料(ultra high toughness cementitious composites,UHTCC)在多次冲击压缩荷载下力学性能的研究,分析了试件的应力-应变曲线随冲击次数的演化规律, 并与其他纤维增强混凝土进行对比。试验结果表明:在多次冲击荷载作用下由于损伤的累积导致加载应变率随冲击次数增加而大致呈指数递增,UHTCC的峰值强度随应变率增大而近似线性递减,峰值应变和累积吸能值逐渐增加,单次吸能值随冲击次数的增加呈先增后减的变化趋势。通过对本构模型进行探讨后发现,热激活损伤演化(TADE)模型能较好地描述UHTCC在首次冲击下的力学响应,但无法反映其在多次冲击下力学性能的演化规律;基于Weibull分布的损伤演化模型能够较好地描述UHTCC在多次冲击下的累积损伤演化规律及应力-应变曲线,在经历3次冲击作用后根据损伤程度的计算可认为试样已完全破坏,但此时试样通过PVA纤维的桥连作用仍能保持为整体,具有良好的抗破碎性。     

早强地质聚合物混凝土3h动力学性能

利用直径100mm的分离式霍普金森压杆试验系统,研究了养护龄期3h时地质聚合物混凝土(GC)的动态力学性能。结果表明:地聚物混凝土(GC)的动压强度、均值应变随应变率增大而增大,表现出明显的应变率效应;同时,试件峰值应变随应变率增大并无显著变化。由于养护龄期3h时GC试件内部水化反应不完全,薄弱环节较多,在承受较大冲击荷载时,导致GC试件应力应变曲线在峰值应力处出现一个持续的平台区域。     

高温作用下混凝土动态力学性能时间效应试验研究

为研究混凝土的高温动态力学性能,采用ANSYS软件对C60混凝土试件加热过程中的温度场进行计算,以确定不同温度组试件的加热时间。利用SHPB试验装置和加热电阻炉进行高温下不同加热时间的混凝土抗冲击性能试验研究。试验结果表明:C60混凝土表现出明显的温度效应和时间效应,在不同高温下,随着加热温度的升高试件动态抗压强度先增大后减小,峰值应变增大,且在200℃左右动态抗压强度达到最大;在相同高温不同加热时间的条件下,随着加热时间的增加,试件动态抗压强度不断降低,峰值应变增大,弹性模量减小,且在500℃的稳态温度场中,当加热时间190 min时,试件动态抗压强度不再降低趋于稳定。     

喷射混凝土抗冻性及冻融损伤力学行为实验研究

为系统研究喷射混凝土抗冻性能,采用快冻法,对普通喷射混凝土及钢纤维喷射混凝土进行快速冻融实验,并与同配合比模筑混凝土进行对比,研究模筑混凝土与喷射混凝土抗冻性能差异;而后对冻融循环后试件进行微观结构观察,分析其性能劣化机理。结果表明,随着冻融循环次数增加,试件相对动弹性模量、质量损失率、立方体抗压强度及劈裂抗拉强度呈下降趋势,且模筑混凝土性能衰减程度远大于喷射混凝土。而此时试件内部微气孔相互连通继而发展成为微裂缝,凝胶体在冻胀压力及过冷水渗透压作用下结构酥松且部分流失,进一步加剧试件性能劣化速度;钢纤维的加入可显著改善喷射混凝土内部微观孔结构,提高其抗冻性能。同时,对冻融循环50,100,150及200次后试件进行轴心抗压强度实验,分析冻融损伤对试件应力-应变曲线的影响。随着冻融损伤的加剧,试件弹性模量及峰值应力减小,峰值应变和极限应变增大,应力-应变曲线趋于扁平。经相同冻融循环次数作用时,钢纤维喷射混凝土峰值应变和极限应变增大,说明钢纤维的掺入可显著提高喷射混凝土延性及韧性。     

玄武岩纤维包裹混凝土圆形柱的抗冲击性能研究

对C30、C40、C50三种强度等级的素混凝土及1~4层玄武岩纤维(BFRP)包裹试件进行了SHPB冲击试验,分析了试件在冲击作用下的破坏现象,研究了应变率和约束比对应力应变曲线的影响,得到了BFRP约束混凝土的动态强度拟合公式。试验结果表明:BFRP包裹试件的抗打击能力和变形能力较未包裹试件有较大提高,具有良好的吸能能力;随着包裹层数的增加和应变率提高,试件抗冲击强度和变形能力提高明显,应力应变曲线下降段的下降速度开始变缓,说明纤维在试件中所起的作用增强。     

喷层混凝土-围岩组合体波动特性及动力特性研究

针对早龄期喷层混凝土与围岩黏结面近区介质的动态冲击问题,利用Φ75 mm SHPB试验装置,分别对龄期为3 d,7 d,10 d喷层混凝土-围岩组合体试件进行SHPB试验,对其应力波传播规律及其动态力学特性进行了研究。试验结果表明:透射系数与冲击速度和混凝土龄期密切相关,随冲击速度的增大,不同龄期试件透射数均呈减小的变化趋势,相同冲击速度下,透射系数随试件龄期的增大而增大;随着应变率的增大,试件混凝土破坏模式由张应变破坏向压剪破坏转变,岩石呈现出张拉破坏特征;组合体动态抗压强度及动态强度增长因子随应变率的增大而增大;应变率大于80 s~(-1)时,3 d龄期试件表现出塑性特性,7 d和10 d龄期试件则表现出脆性特性。     

一维静载与频繁扰动共同作用下含铜蛇纹岩动力学特性

基于冬瓜山铜矿深部开采面临的高应力集中及爆破扰动的问题,采用改进的SHPB岩石动静组合加载试验系统,进行了含铜蛇纹岩在一维静载与频繁扰动共同作用下的动力学试验,研究其动力学特性。研究结果表明:预加轴压促使岩石内部微裂纹完全闭合时,岩石动态应力-应变曲线初始阶段不出现下凹现象,否则出现;岩石内部存储的弹性力大于扰动冲击应力时,岩石动态应力-应变曲线峰值应力后会出现回弹现象,否则不出现;动态峰值应力、动态变形模量随扰动冲击次数的增大而减小,60%单轴抗压强度的轴压时峰值应力最大;峰值应力均值随轴压的增大先增大后减小;最大应变、峰值应力对应应变随扰动冲击次数的增大而增大;累计扰动冲击次数最大值与均值都随轴压增大呈一元四阶多项式关系递减。     

冻融和热冲击循环作用后红砂岩SHPB试验和本构模型研究EI北大核心CSCD

为研究冻融(freeze-thaw,F-T)循环和热冲击(thermal-shock,T-S)循环对红砂岩动态力学性能的影响。利用直径50 mm的分离式Hopkinson压杆试验装置,对长径比为0.5的红砂岩试件开展F-T循环和T-S循环后的冲击压缩试验,对比分析了F-T循环和T-S循环次数对红砂岩动态力学参数和微观结构的影响。试验结果表明:红砂岩的动态应力-应变曲线可分为弹性、塑性和破坏阶段;其纵波波速、干密度、动态峰值应力、弹性模量、平均破碎块度均随循环次数的增加逐渐下降,而孔隙率、峰值应变、吸收能、比能量吸收值、质量分形维数则逐渐增大;通过对比岩石微观形貌特征发现,相同循环次数条件下,T-S循环对红砂岩内部的损伤程度较F-T循环更加明显;基于黏弹性朱-王-唐模型,建立了能够考虑F-T/T-S循环损伤的红砂岩动态本构模型;通过对比模型和试验得到的动态应力-应变曲线,验证了模型的准确性和适用性,该模型能够较好地反映冲击荷载作用下F-T/T-S循环后红砂岩的动态强度和变形特性。     

钢纤维地质聚合物混凝土冲击力学性能研究EI北大核心CSCD

通过控制粉煤灰、矿渣用量制备基准强度分别为C50、C60和C70的普通地质聚合物混凝土试件,再掺入不同体积量(0.3%, 0.6%, 0.9%和1.2%)的钢纤维制备出钢纤维地质聚合物混凝土试件。采用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)对试件在不同冲击气压(对应不同应变率)下的抗冲击性能进行研究,探讨钢纤维掺量、应变率及混凝土基准强度对试件动态抗压强度和韧性指数的影响;采用ABAQUS软件进行数值模拟,对模拟与试验结果加以分析和验证;建立钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型。结果表明:各组试件的动态抗压强度随着应变率、混凝土基准强度地提高逐渐增大,而钢纤维掺量仅对强度较低地质聚合物混凝土产生较大影响;应变率的提高使试件完整性逐渐变差,而随着钢纤维掺量与混凝土基准强度的提高,试件完整性逐渐变好,冲击耗能与韧性逐渐增加;数值分析与试验结果吻合较好,验证了结果的可靠性;钢纤维地质聚合物混凝土动态应力-应变本构模型计算结果与试验结果整体吻合较好,可用于预测冲击荷载下钢纤维地质聚合物混凝土的力学性能。     

混凝土圆柱体试件在低速冲击下动力效应的研究

为研究混凝土圆柱体试件在冲击荷载作用下的动力效应,利用落锤冲击试验机,对混凝土圆柱体试件在应变率100~101/s范围内进行轴向冲击试验,并采用混凝土连续面盖帽模型（CSCM）对试验过程进行数值模拟。试验中测量不同冲击速度及冲击边界下的锤头冲击力、试件轴向应变时程曲线,获取了试件破坏形态及破坏过程的高速影像,比较分析了不同冲击速度及边界条件下,试件应力、应变峰值,应变率及动力增强系数（DIF）的变化规律。结果表明：随冲击速度的增加,试件的应力、应变峰值,应变率及动力增强系数都呈增加的趋势,冲击力作用时间则减小。混凝土平均强度与冲击速度呈抛物线关系,应变率则与冲击速度呈线性关系。模拟结果表明,CSCM混凝土本构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。     

外包橡胶混凝土覆层对梁式桥墩防撞性能影响的试验研究

提出将橡胶混凝土以覆层形式外包在桥墩一定高度范围内以提高其防撞减振和能量耗散能力,试验研究了不同橡胶粒径、体积掺量的橡胶混凝土的基本力学性能;其次利用摆锤撞击模型墩柱试验,并结合ABAQUS/Explicit非线性动态碰撞仿真分析,研究了橡胶混凝土覆层对模型墩柱的自振特性、不同撞击速度下的撞击响应峰值及振动衰减规律的影响。结果表明,虽然橡胶混凝土强度、弹模较普通混凝土较低且受橡胶掺量影响显著,但橡胶混凝土覆层兼具防撞和减振的双重优势,可使撞击力峰值减小12.93%~15.87%,墩顶位移减小13.10%~32.11%,墩底应变减小13.1%~46.13%,还能增强原桥墩的主动耗能能力。该形式防撞装置可为桥墩提供有效保护且符合绿色环保的理念,值得推广。     

外粘AFRP布加固RC梁耐冲击性能试验研究

设计了8根钢筋混凝土试验梁,其中2根未加固,6根在梁体受拉面采用不同类型的AFRP布进行外粘加固。然后采用重锤冲击加载试验,重点研究每种试验梁在不同冲击高度下的耐冲击性能。试验结果表明,经过外粘AFRP布加固后,混凝土梁体的挠度变形及塑性变形得到有效抑制,同时这种加固措施还可以延缓梁体裂纹开裂,减轻重锤冲击加载对梁体造成的冲击损伤。另外,AFRP布类型、冲击高度在一定程度上决定着梁体的损伤形态。由此表明,外粘AFRP布加固法能有效提高混凝土梁的耐冲击性,且AFRP布类型与梁体的耐冲击性能直接相关。     

全轻纤维混凝土的SHPB冲击强度与耗能效应

以LC30全轻页岩陶粒混凝土为基准,对聚丙烯纤维、钢纤维和多壁碳纳米管不同组合掺入方式,分别进行了静力和分离式Hopkinson压杆(SHPB)冲击试验,利用HJC模型和LS-DYNA软件对素混凝土和钢纤维混凝土的动态应力-应变曲线进行了数值模拟。结果表明:全轻纤维混凝土不仅具有应变率效应和临界值,而且还具有强度效应和能量效应;并随应变率提高,其动态峰值应力和峰值应变、总能耗随之增大,且动态应力增长系数与应变率的对数具有显著相关性,但纤维掺入方式具有明显的差异性。其中,单掺时以聚丙烯纤维为最好,双掺时差异不大,三掺时为最好。数值模拟与试验曲线相近,但峰值应力较大和下降段差异较大,表明HJC模型对全轻混凝土及其纤维混凝土具有一定的局限性。     

聚合物改性碳纤维增强混凝土的动态压缩力学性能

为探究聚合物改性碳纤维增强混凝土(PMCFRC)的动态压缩力学性能,利用直径Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,分别对碳纤维增强混凝土及聚合物体积分数为4vol%、8vol%、12vol%的PMCFRC进行了5组不同气压下的冲击压缩试验,获得了混凝土在不同应变率下的动态应力-应变曲线和破坏形态,分析了应变率和聚合物掺量对PMCFRC动态压缩强度、变形和韧性的影响规律。结果表明：PMCFRC的动态压缩强度、变形和韧性均具有明显的应变率强化效应,聚合物对PMCFRC的动态压缩力学性能既有强化效应,也有劣化效应。随着应变率的增大,PMCFRC的动态抗压强度、动态强度增长因子(DIF)、动态峰值应变、冲击韧性均逐渐增大。随着聚合物掺量的增大,PMCFRC的动态抗压强度、DIF、冲击韧性均先增大后减小,动态峰值应变不断增大。相同应变率水平下,4%PMCFRC的动态抗压强度、冲击韧性最大,破损程度最轻;8%PMCFRC的应变率敏感性最佳,DIF最大时达到1.94,对混凝土强度的增幅最大。聚合物一方面在混凝土基体中发挥着填充、阻裂、增韧作用,另一方面改善碳纤维-混凝土基体界面的粘结...     

UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

试验研究了一种捻制超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强的新型纤维混凝土动态压缩力学性能。研制了4种纤维体积掺量(0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)的C70等级纤维混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆进行冲击压缩试验,研究了纤维混凝土在140~255 s~(-1)应变率下的动态压缩力学性能。试验结果表明:UHMWPE纤维混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量具有明显的应变率敏感性;纤维混凝土抗压强度应变率敏感性弱于素混凝土,但其弹性模量应变率敏感性强于素混凝土;动态强度增长因子与应变率对数呈线性关系,具体关系与纤维掺量相关。     

不同温度及加载速率对混凝土冲击变形韧性影响

利用Φ100 mm SHPB分离式霍普金森压杆装置研究不同温度及加载速率下混凝土冲击变形韧性。结果表明,高温后混凝土峰值、流动应变及冲击韧性均随加载速率增加而增加,应变率效应显著;试件峰前韧性比不断降低,峰后韧性比及韧性转化比逐渐升高;同一加载速率下温度升高总体上使混凝土峰值应变及流动应变增大、冲击韧性降低,试件峰前韧性比呈上升趋势,峰后韧性比及韧性转化比逐渐下降;200℃时其冲击韧性在低应变率下相对较小,在高应变率下超过常温水平。     

混凝土单轴动力压缩CT试验过程定量化分区研究

为了能定量地研究混凝土动力压缩CT试验过程,将基于模糊集合论的破损演化理论引入到混凝土动力CT试验研究中,基于λ1-λ2截集将混凝土CT扫描图分为孔洞裂纹（P0-λ1）、硬化水泥石(Pλ1-λ2)及骨料(Pλ2-1),并定义了混凝土的孔隙率、硬化水泥石率和骨料率。研究了动力单轴压缩CT试验过程中混凝土试样各扫描断面P0-λ1、Pλ1-λ2及Pλ2-1随加载的变化规律。研究结果表明：利用本方法实现了对混凝土各组分的定量化分区;可以定量地研究混凝土中P0-λ1、Pλ1-λ2及Pλ2-1随动力加载的具体变化规律;能较好地描述混凝土的受力破坏过程;并能定量地体现出试样破坏过程中应变的局部化。     

冲击荷载作用下早强EPS混凝土的力学性能

采用&;#61542;100mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对养护龄期分别为12h、24h和36h的早强聚苯乙烯混凝土（EPS）进行了冲击压缩试验,得到了相应的应力-应变曲线,并与养护龄期为28d的聚苯乙烯混凝土（EPS）的应力-应变曲线进行比较。结果表明：养护龄期为36h、28d的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度也相应增加;养护龄期为12h、24h的EPS混凝土随着应变率的增加,其冲击压缩强度变化不明显。另外,还研究了试件动态抗压强度与平均应变率的关系和养护龄期对动态抗压强度的影响,证明了EPS混凝土的抗冲击性能随养护龄期的增长而增加。     

非规则高墩曲线桥梁振动台试验研究

据模型相似原理及多点激励理论,对缩尺比1:20的钢筋混凝土高墩曲线桥梁进行地震模拟振动台试验。研究高墩曲线桥梁结构在不同频谱地震波、不同峰值加速度及局部场地效应作用下高柔桥墩损伤模式及结构动力响应规律。结果表明,高柔桥墩损伤有明显的分布柔性特点,墩高差对桥墩裂缝开展及桥梁动力响应影响显著;不同频谱地震波作用下曲线桥梁结构动力响应规律各异;曲线桥梁结构动力响应峰值与地震波加速度峰值基本呈线性增长;局部地形效应使结构动力响应增大,导致曲线桥梁结构动力响应呈非线性增长;高墩曲线桥梁地震响应有明显空间性,首尾桥墩顶径向动力响应较大,易发生横桥向落梁破坏。