高强钢筋约束超高性能混凝土柱轴心受压本构模型研究

约束超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）轴压本构模型是进行UHPC柱结构设计和非线性分析的基础。该文对9根箍筋约束UHPC柱的应力-应变关系进行了研究,结果表明:UHPC宜采用高强箍筋约束且适配性良好,与普通箍筋相比高强箍筋可较好的提高约束UHPC强度及变形能力;高体积率、小间距、形式复杂的高强箍筋的约束效果良好;高强箍筋在约束UHPC峰值应力时不一定屈服,取屈服强度计算峰值时高强箍筋的约束应力,会高估其对峰值应力的提高程度。基于Ottosen破坏准则推导了约束UHPC峰值应力计算式,给出了峰值应变、峰值应力时高强箍筋应力取值计算式;建立了约束UHPC轴压本构模型,并与几种典型的约束本构进行了对比,表明所建立的本构与试验曲线吻合度较高。     

纤维高强混凝土的动态力学性能试验研究

为研究纤维高强混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,采用大尺寸φ75mm Hopkinson压杆,对三种纤维含量的钢纤维高强混凝土、PVA纤维高强混凝土试件进行了三种应变率范围的冲击压缩试验,得到了它们在较高应变率范围内的动态应力-应变关系。试验表明纤维高强混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内纤维高强混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的。纤维高强混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大。钢纤维和PVA纤维对混凝土耗能能力的改善和提高表现在材料达到峰值应力后开始破坏的过程中。同时也对两种纤维高强混凝土材料的纤维增韧特性及耗能机理也进行了分析和探讨。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明:采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

钢纤维高强混凝土拉伸应力—应变全曲线的试验研究

作者进行了4组钢纤维高强混凝土试验研究,测试了其基本力学性能,并利用混凝土间接轴向拉伸试验测试方法在普通试验机上测出了各组钢纤维高强混凝土的拉伸应力－应变全过程曲线：在试验的基础上,分析并描述了钢纤维高强混凝土拉伸应力－应变全过程曲线特征,初步分析归纳出了钢纤维高强混凝土受拉本构关系模型,本文介绍了这些研究结果。     

高温后单向侧压作用下混凝土与钢筋黏结-滑移性能研究

高温后混凝土与钢筋间的黏结性能影响钢筋混凝土结构的安全评估,实际工程中钢筋混凝土常承受侧向约束作用。为此,该文以高温温度和侧压力为参数,完成了48个钢筋混凝土试件的中心拉拔试验,分析侧压力对高温后试件破坏形态、峰值黏结应力、峰值滑移、残余黏结强度的影响规律,建立了峰值黏结应力随高温温度和侧压力变化的经验公式。将侧压下钢筋-混凝土黏结应力场简化为肋前混凝土挤压力和侧压力的线性叠加,并基于微观传力模型及高温后混凝土的多轴强度破坏准则推导计算了无侧压及单向侧压下的黏结强度理论。研究结果表明:侧压作用和高温温度直接影响试件破坏形态;随着侧压力增加,高温后混凝土与钢筋间的峰值黏结应力、残余黏结强度、峰值滑移逐渐增大,但温度达到500 ℃后,有侧压试件峰值滑移较无侧压试件小;黏结强度理论计算值与实测值较为吻合,能较好地预测高温后混凝土与钢筋间的黏结强度。     

高强中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能试验研究

针对应用高强钢与超高强混凝土的中空夹层钢管混凝土柱，开展了轴心受压柱的标准耐火试验，得到了不同截面形状、边界条件、涂料厚度、荷载比条件下该柱的耐火极限，提出了表征柱耐火性能的延性指标，探讨了高强柱与普通柱耐火性能的差异。试验结果表明:高强中空夹层钢管混凝土柱的受火时间-位移响应与普通柱相似，受火前期膨胀而后期压缩变形进一步增大达到耐火极限。参数分析表明:相同条件下，应用高强钢的中空夹层柱其耐火极限低于应用普通钢的中空夹层柱，而应用超高强混凝土的中空夹层柱其耐火极限则高于应用普通或高强混凝土的中空夹层柱。此外，该文分别基于欧洲规范4中轴心受压柱和压弯构件的常温承载力计算模型，运用材料高温力学参数，计算了该柱高温屈曲承载力与耐火极限，计算结果与试验结果吻合较好。     

高强混凝土经不同高温历程后性能劣化研究

对经历不同加热温度和不同恒温时间的C60高强混凝土性能劣化进行了试验研究,并利用超声、显微硬度检测、扫描电子显微镜及汞压力测孔等综合手段观察其高温后细微观结构的变化。重点分析了高强混凝土外观、抗压强度、弹性模量、质量损失、高温爆裂机理、细微观结构的变化规律。研究结果表明,经不同高温历程后,高强混凝土的色泽变浅,从300℃恒温1 h时开始混凝土试块呈铁锈红色,直到400℃恒温2 h时铁锈红色消失,700~900℃试块外表呈灰白色;高强混凝土会在500℃时发生爆裂,较普通混凝土的爆裂温度低很多;凝胶分子、水泥水化物等受热分解,使其表面和内部产生孔隙和微裂纹,高强混凝土细微观结构逐渐变差,这是造成宏观力学性能劣化的根本原因。随着加热温度的升高与恒温时间的增长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量和质量总体呈下降趋势,且相对恒温时间的不同,加热温度的变化对高强混凝土力学性能劣化的影响更大。     

高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土短柱轴压性能试验及剩余承载力评估

为研究高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的轴压性能及剩余承载力评估方法,以再生粗骨料取代率、历经最高温度和冷却方式为变化参数,设计了27个圆钢管再生混凝土试件,对其进行高温喷水冷却后单调轴心受压加载试验,观察了试件的受力全过程和破坏形态,获取其应力-应变曲线并分析了不同变化参数对峰值应力、峰值应变、轴压位移延性以及耗能的影响,结合试件的刚度退化曲线分析其性能退化过程,并参考各规程对高温喷水冷却后试件的剩余承载力进行计算.研究结果表明:高温喷水冷却后,随着历经最高温度的升高,试件的峰值应力显著降低,峰值应变却逐渐增大,轴压位移延性和耗能均呈先增大后减小的变化趋势;随再生骨料取代率的增大,试件的峰值应力、峰值应变变化不大,轴压位移延性先减小后增大,耗能逐渐减小;与自然冷却相比,温度较高时喷水冷却试件的峰值应力、峰值应变、轴压位移延性及耗能均较大.另外,历经最高温度的升高会使喷水冷却试件的刚度退化速率减缓,而不同再生粗骨料取代率试件的刚度退化速率较为接近,且与自然冷却试件相比,喷水冷却试件的刚度退化速率更快.经过理论分析,建议采用日本AIJ规程的计算方法,并引进高温后钢管和混凝土的系数折减,对高温喷水冷却后圆钢管再生混凝土的剩余承载力进行评估.     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压本构关系研究

约束混凝土是克服高强混凝土脆性的重要措施,采用高强箍筋约束能够有效的改善受压构件的力学性能。同时,约束混凝土的本构关系是结构非线性分析的基础,本构关系的选取对计算结果的合理性有显著影响。该文基于多组高强箍筋约束高强混凝土轴压试验数据,提出了改进的约束混凝土本构模型,分析了高强箍筋应力的发挥水平,给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式。计算结果表明建议的本构模型与试验曲线符合较好。该模型可用于高强箍筋约束混凝土构件的非线性分析。     

轴向约束高强(纤维)混凝土柱抗火性能试验研究

分别进行了ISO-834标准升温下轴向约束高强混凝土柱四面受火轴心、偏心荷载作用试验,三面受火轴心荷载作用试验;高强纤维混凝土柱四面受火和三面受火轴心荷载作用试验。得到了试件半高处截面各测点温度-时间曲线以及试件轴向位移-时间曲线、侧向位移-时间曲线、轴向约束反力-时间曲线,对试验中爆裂现象进行了分析。试验结果表明:高荷载比、高轴向约束刚度比下,高强混凝土柱初始爆裂出现较早;PP（聚丙烯）纤维的桥联作用,限制了早期爆裂的发生,熔融后形成孔道,抑制了后期爆裂;相同荷载比及受火边界条件下,荷载偏心作用降低高强混凝土柱耐火极限;三面受火条件下,柱出现向非受火面的弯曲;轴向约束条件下,受热膨胀阶段,柱中会出现附加轴力,对高强混凝土柱的初始爆裂时间有一定影响。     

超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能试验研究

为研究超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能,对超低温环境下钢筋混凝土结构,尤其是轴心受压构件的分析和设计工作提供试验依据和数据支持,通过3组体积配箍率不同的钢筋混凝土试件的轴心受压试验,研究混凝土应力-应变曲线、荷载-位移曲线随温度的变化趋势。对温度参数无量纲化处理后,进一步研究配箍特征值对混凝土强度、峰值应变、延性的影响规律,并进行应力-应变曲线拟合。结果表明:温度降低,箍筋约束混凝土的峰值应力、弹性模量提高,峰值应变减小,脆性增大;配箍特征值增大,混凝土强度、峰值应变、延性均增大,弹性模量变化不大;试验所得应力-应变曲线与理论曲线吻合较好。     

7085铝合金热压缩变形的流变应力本构方程

采用Gleebe-1500热模拟机对7085铝合金进行热压缩,研究了该合金在应变速率为1～38s-1、变形温度为260～440℃条件下的流变应力行为.结果表明,7085铝合金流变应力在变形初期随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;峰值应力随应变速率的增加而增加,随温度的升高而降低;通过线性回归分析计算出7085材料的应变硬化指数n以及变形激活能Q,获得了7085铝合金高温条件下的流变应力本构方程.     

高强耐蚀车体用钢热变形行为及本构方程的研究

使用GLEEBLE 3500研究了高强耐蚀车体用钢在热变形过程中动态再结晶、静态再结晶的规律,建立了变形抗力模型.通过单道次压缩实验,得到了温度与应变速率对变形抗力影响的模型,推导出高强耐蚀钢的动态再结晶发生时的激活能;通过双道次压缩实验,研究了形变温度和道次间停留时间对应力-应变曲线的影响规律,建立了高强耐蚀钢奥氏体静态再结晶动力学方程,计算了高强耐蚀钢的静态再结晶激活能.结果表明:形变温度和应变速率是对单道次压缩应力-应变曲线影响最明显的两个因素.在相同温度下,变形速率越大,高强耐蚀钢的峰值应力越大;在应变速率一致的情况下,温度降低峰值应力增大.变形温度和道次间隔时间对高强耐蚀钢的双道次压缩应力-应变曲线的影响明显.变形温度越高,道次间隔时间越长,高强耐蚀钢的静态再结晶程度越高,软化作用越明显.     

高温后高强高性能混凝土双轴压强度规律与破坏准则

利用大型静动真三轴试验机,进行了常温20℃和200℃―600℃高温后高强高性能混凝土在七种应力比α=σ2:σ3=0.00:-1,-0.20:-1,-0.30:-1,-0.40:-1,-0.50:-1,-0.75:-1,-1.00:-1,双轴压应力状态下的强度试验。单双轴压试件尺寸为100mm×100mm×100mm立方体,测得了双轴主压方向静态强度。剖析了温度和应力比对单轴、双轴压强度的影响规律性以及试件破坏形态。试验结果表明:高强高性能混凝土在200℃、300℃,其高温后单轴压减摩强度并不降低;二轴压强度相对于单轴压强度的提高倍数取决于应力比、不同温度等级高温后高强高性能混凝土的脆硬性。提出了高强高性能混凝土带有温度和应力比参数的Kupfer-Gerstle破坏准则公式。     

微粒混凝土受压应力应变全曲线试验研究

采用一种特制的刚性辅助装置,进行了微粒混凝土和普通混凝土的应力应变全曲线试验研究,得到一系列应力应变曲线。对微粒混凝土和普通混凝土的立方体抗压强度与棱柱体抗压强度的关系、棱柱体抗压强度与峰值应力所对应应变的关系及棱柱体抗压强度与初始弹性模量的关系进行了分析,虽然微粒混凝土的力学性能与普通混凝土的力学性能存在一定的差别,但主要力学性能还是相似的,在模型试验中微粒混凝土是可以用来代替普通混凝土进行结构试验的。同时也验证了刚性辅助装置在测量微粒混凝土和普通混凝土的应力应变全曲线时的有效性。     

分层介质动态力学性能的实验研究

采用Φ75mm分离式霍普金森压杆实验装置,对由普通混凝土与泡沫混凝土组合的分层介质的动态力学性能进行了研究。结果表明,应力波通过普通混凝土时的衰减仅为其原来峰值的5%~10%,应力波通过泡沫混凝土时其峰值衰减为原来的1/5。由此说明在含泡沫混凝土与普通混凝土的分层介质中,泡沫混凝土提供削波与延缓应力波作用时间的作用,普通混凝土则为其提供较高强度。通过对分层介质应力衰减和动量变化的分析表明,分层介质在动态力学行为上表现为较大的塑性和应变率相关性,其应力衰减主要取决于泡沫混凝土材料。     

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明：HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949～1.068和0.938～1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。     

分层介质动态力学性能的实验研究

采用Φ75mm分离式霍普金森压杆实验装置,对由普通混凝土与泡沫混凝土组合的分层介质的动态力学性能进行了研究。结果表明,应力波通过普通混凝土时的衰减仅为其原来峰值的5%¹0%,应力波通过泡沫混凝土时其峰值衰减为原来的1/5。由此说明在含泡沫混凝土与普通混凝土的分层介质中,泡沫混凝土提供削波与延缓应力波作用时间的作用,普通混凝土则为其提供较高强度。通过对分层介质应力衰减和动量变化的分析表明,分层介质在动态力学行为上表现为较大的塑性和应变率相关性,其应力衰减主要取决于泡沫混凝土材料。     

箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

完成了12根不同配箍形式和体积配箍率的箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验,系统地研究了构件的破坏过程与破坏形态、应力-应变曲线及箍筋应变等;重点分析了不同配箍率和配箍形式对构件承载力和延性的影响;建立了适用于该类轴压柱峰值应力（f'_cc）和相应峰值应变（ε_cc）的计算模型,并引入Richart、Mander、Razvi和Saatcioglu、Khaloo和El-Dash等经典模型对比分析建议模型的准确性。研究表明:峰值荷载过后,约束柱保护层整体被切掉后剥落,内部骨料和骨料与砂浆界面均出现少许裂缝,与普通混凝土构件存在显著差异,但应力-应变曲线发展规律与普通混凝土类似;最终破坏以箍筋屈服、相邻箍筋间核心区混凝土压碎破坏为标志,表面形成“H”形或45°斜向破坏面;同时,增大体积配箍率和改善箍筋形式分别能够提高核心区混凝土的侧向约束力和增大约束面积,“井”字形复合配箍可满足承载力和延性需求;结合配箍特征值（λ_t）和配箍形式影响参数（k）建立模型的计算结果与试验值吻合良好,能够准确、合理地预测该类构件的峰值应力和相应峰值应变。     

高温喷水冷却后再生卵石混凝土应力-应变本构关系及有限元分析

为研究高温喷水冷却后再生混凝土(卵石类)的力学性能,以温度和取代率为变化参数设计并制作了60个标准圆柱体试块,并对其进行了单轴受压试验.观察了试块的破坏形态,获取了全过程荷载-位移曲线,提出了适用于ABAQUS有限元分析的高温喷水冷却后再生混凝土本构方程,并基于前期试验验证了该本构关系.研究表明:高温喷水冷却后再生卵石混凝土在较高温度作用后出现酥松和爆裂的现象;烧失率在温度较低时出现正增长;高温喷水冷却后全再生混凝土在轴压试验中产生更多细小的裂纹,再生混凝土比普通混凝土有着更低的峰值应力和峰值应变,但有着更好的延性;所提出的高温喷水冷却后再生混凝土剩余承载力计算方法有一定适用性;基于前期22根高温喷水冷却后再生混凝土梁试验,考虑温度和取代率提出的本构方程在ABAQUS中有较好的适用性.