高延性水泥基复合材料高温作用后的拉伸性能

高温是高延性水泥基复合材料(ECC)在服役过程中可能面临的最不利工况之一,对比研究了聚乙烯醇纤维增强ECC(PVA-ECC)与钢纤维/聚乙烯醇纤维混杂增强ECC(HyECC)在常温以及200℃、400℃、600℃高温作用后的拉伸性能。研究发现,常温下利用钢纤维等量替代PVA纤维将劣化PVA-ECC的拉伸应变硬化能力。高温对PVA-ECC和HyECC的拉伸强度和拉伸韧性均有明显的劣化作用,高温作用后均已不具备拉伸应变硬化能力;PVA-ECC的拉伸强度与拉伸韧性随温度呈指数型衰减,钢纤维可以减缓HyECC拉伸强度与拉伸韧性的衰减速率;高温作用改变了PVA-ECC和HyECC的微观结构,PVA纤维在200℃时的软化以及400℃后的分解是2种ECC材料拉伸性能高温劣化的主要原因。     

钢纤维混凝土配筋梁落锤冲击试验研究

采用落锤冲击试验装置,进行了不同纤维含量的钢纤维混凝土配筋梁试件的抗冲击性能试验研究。获得了落锤冲击力、跨中位移及钢筋应变等试验结果,并记录了冲击荷载作用后试件裂缝的分布情况。根据试验结果对钢纤维混凝土配筋梁的动力响应特性、动态损伤过程以及内部能量耗散特点进行了分析和讨论。试验结果表明,钢纤维能够增强试件整体的韧性,增大冲击荷载作用时试件参与耗能区域的面积,从而提高试的件抗冲击承载能力;钢纤维含量越多,试件将在荷载作用全过程的受压阶段将消耗更多的能量,而在受拉阶段消耗的能量将减少。     

混杂纤维增强水泥基复合材料抗冲击性能研究

为了研究纤维体积率、纤维类型及水胶比对混杂FRCC抗冲击性能的影响,参照ACI 544建议的落锤冲击试验,通过自行设计的自由落锤冲击试验装置,进行了抗冲击性能对比试验。试验结果表明:与普通水泥基材相比,混杂FRCC的抗冲击性能有了显著的提升,且随纤维体积率的提升而提升;对混杂FRCC抗冲击性能的提升效果:PP纤维PVA纤维SE纤维;混杂FRCC的抗冲击性能随水胶比的提升呈下降趋势。     

钢-PVA混杂纤维混凝土抗冲击性能研究北大核心

为研究钢纤维与PVA纤维掺量对混凝土抗冲击性能的影响,对两种纤维不同掺量的混杂纤维混凝土进行落锤冲击试验,并设计素混凝土作为对照试验。试验结果表明,单掺纤维混凝土中,钢纤维较PVA纤维对混凝土抗冲击性能提升要大,单掺2%钢纤维时强度最大。加入PVA纤维使其强度和刚度得到再次的提升,其中2%钢纤维、0.1%PVA纤维掺量的增强效果最为显著,屈服载荷较素混凝土得到30%左右的提升,并通过不同冲击能量试验进行了验证。     

钢-PVA混杂纤维混凝土抗冲击性能研究

为研究钢纤维与PVA纤维掺量对混凝土抗冲击性能的影响,对两种纤维不同掺量的混杂纤维混凝土进行落锤冲击试验,并设计素混凝土作为对照试验。试验结果表明,单掺纤维混凝土中,钢纤维较PVA纤维对混凝土抗冲击性能提升要大,单掺2%钢纤维时强度最大。加入PVA纤维使其强度和刚度得到再次的提升,其中2%钢纤维、0.1%PVA纤维掺量的增强效果最为显著,屈服载荷较素混凝土得到30%左右的提升,并通过不同冲击能量试验进行了验证。     

冲击荷载作用下钢筋混凝土梁性能试验研究

在前期无腹筋梁抗冲击试验研究的基础上,为了进一步深入探讨冲击荷载作用下钢筋混凝土梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对一组简支配箍钢筋混凝土梁进行试验研究,分析了不同冲击锤重、冲击速度和冲击能量及二次冲击下钢筋混凝土梁的抗冲击行为。采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝的发生、发展直至破坏的全过程。与静力荷载下对比试件及冲击下无腹筋梁裂缝形态明显不同,在冲击荷载下本研究中配箍钢筋混凝土梁的裂缝分布出现随冲击能量的提高向冲击点局部集中的明显趋势,在较高能量下梁在冲击点附近发生剪切破坏。详细分析了冲击力、支座反力和位移时程曲线以及冲击力-位移曲线和支座反力-位移曲线的特征。为了分析冲击过程中梁的惯性力分布特点,采用大量程加速度计对冲击过程中沿梁长度方向不同位置的加速度响应进行了测量,由于惯性力的影响,梁的剪力分布发生明显改变。通过分析惯性力对梁的冲击响应的影响,对梁的抗冲击承载力的代表值进行了讨论。     

高温后PVA纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

对经过100℃、200℃、400℃、600℃高温处理后的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)进行了单轴压缩试验、单轴拉伸试验、剪切试验和四点弯曲试验,对不同温度下的试验结果进行了对比分析,拟合了高温后PVA-ECC各项性能的退化曲线,并通过扫描电镜观察了微观结构。结果表明:PVA-ECC在常温下能够表现出良好的变形能力;当温度由常温升至100℃时,抗压强度大幅下降,继续升至200℃时则有一定提高;当温度超过200℃以后,抗压强度、抗拉强度和极限拉应变均降低,试件由延性破坏变为脆性破坏;常温下,PVA-ECC试件表面密实完整,经过400℃高温处理后,试件呈现出稀疏多孔结构,温度超过600℃时,试件表面呈片状、海绵状形态。     

基于近场动力学的落锤冲击PVB夹层玻璃数值模拟

为了研究聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃(PVB夹层玻璃)在刚性冲击下的破坏模式和力学响应,采用基于近场动力学的键基PD模型模拟落锤冲击作用下的冲击力的变化情况及玻璃裂纹开展,并与试验结果进行对比验证;通过改变上、下玻璃层厚度、PVB胶层厚度及冲击初速度,系统研究PVB夹层玻璃的裂纹扩展规律和耗能特性。结果表明：键基PD模型可以很好地再现PVB夹层玻璃断裂失效和裂纹扩展行为,和试验吻合度很高;玻璃厚度越厚抗冲击性能和耗能能力越强,下玻璃层厚度影响大于上玻璃层厚度影响。随着PVB胶层厚度的增加,PVB夹层玻璃抗冲击性能以及耗能能力随之增加。同等条件下,增大PVB胶层厚度,能有效增加玻璃的耗能能力,取得较大的单位厚度耗能比,但PVB胶层厚度大于1.14mm后增幅变小。保持冲击能量不变,增大落锤的冲击初速度,明显改变了PVB夹层玻璃的破坏模式,其抗冲击性能和玻璃耗能也随之增加。     

基于CSC模型的UHPC构件侧向低速冲击分析

超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)较普通混凝土具有更优异的强度、韧性和耐久性,广泛应用于桥梁墩柱和建筑承重柱,而上述构件存在车(船)、滚石等侧向低速冲击的潜在威胁,为此,针对UHPC梁/柱构件在侧向冲击下的损伤破坏和动态响应进行数值仿真分析。现有商用模型中广泛采用的混凝土动态本构模型均基于普通混凝土开发,如混凝土损伤(K&C)模型和混凝土连续面帽盖(CSC)模型等。基于作者前期开展的UHPC单轴拉/压、三轴压缩和Hopkinson杆动态拉/压试验,以及已有UHPC双轴等压和静水压试验数据,系统标定了UHPC材料CSC模型的强度面、帽盖、损伤、应变率和硬化参数,给出了一组适用于UHPC的CSC模型参数确定方法。进一步基于LS-DYNA商用有限元分析软件,对已有四组钢管UHPC梁和钢筋UHPC梁/柱构件的落锤冲击试验进行数值模拟,通过对比落锤冲击力、梁/柱动态挠度响应和破坏模式,验证了所提出的CSC模型参数计算方法的适用性和正确性。同时,对冲击过程中刚性落锤与构件之间的作用过程及能量耗散进行了讨论。结果表明：平头落锤冲击下构件经历了惯性抵抗、变形响应、构件回弹和脱离四个阶段;球头落锤冲击构件的惯性抵抗阶段不明显;随着冲击能量的提高,钢管(筋)耗能占比逐渐增大。     

配筋方式对全轻钢纤维混凝土梁抗冲击性能影响

梁在遭受强冲击荷载时,对建筑物间接或直接造成损伤,对人民的生命和财产安全带来严峻挑战,因此研究梁的抗冲击性能具有重要的现实意义。本文通过落锤冲击试验,评估了冲击荷载下受压钢筋配置方式对掺钢纤维下的全轻混凝土梁的抗冲击力学性能影响,并对3根全轻混凝土梁在冲击荷载下的裂缝形态、破坏现象、冲击力时程和跨中位移时程展开分析。得到了以下结论：冲击荷载下梁均发生剪切破坏,裂缝在跨中局部区域集中产生;掺加钢纤维和增大受压区钢筋配置均能提高梁的抗冲击力学性能;钢纤维能减轻梁的内部损伤,使梁保留更多刚度;增大受压区钢筋配置能极大限制梁挠度变形,降低梁的跨中位移。本研究可为全轻混凝土梁的抗冲击性能研究提供参考。     

冲击受损RC梁残余力学性能试验

为给冲击受损后钢筋混凝土（RC）梁的修复加固和结构安全评估提供参考,开展了3根RC梁落锤冲击受损后的静载试验及1根静载梁的对比试验,通过变化冲击能量使RC梁遭受不同程度的冲击损伤,对冲击受损后RC梁的残余力学性能进行研究。比较分析了不同冲击能量下受损梁的裂缝发展形态以及冲击力、支座反力、跨中挠度和纵筋应变变化规律;重点研究了不同受损程度梁的残余承载力、残余抗弯刚度和残余变形能力。在综合分析相关文献试验数据并对冲击能量进行标准化的基础上,拟合出冲击受损后RC梁残余承载力与残余抗弯刚度的计算公式。结果表明:随着冲击能量增大,冲击损伤梁挠跨比也增大,残余承载力和刚度总体呈下降趋势;相比未损伤梁,冲击损伤梁弹性抗弯刚度和极限抗弯承载力先增大后减小,但加载后期延性明显降低。     

PVA纤维混凝土梁的抗弯性能试验

研究了纤维混凝土改性梁的抗弯性能,通过对不同配筋率和不同PVA纤维掺量的10根2.0 m长混凝土梁式构件的试验测试,研究混凝土混合料中加入PVA纤维后的增强与增韧作用效果.研究中对比了纤维含量对配筋混凝土受弯构件（包括零纤维掺量的对比构件）的初裂荷载、极限荷载、韧性和耗能等指标的影响,分析了PVA纤维在控制裂缝宽度以及增强变形性能方面的作用机理.试验研究结果表明,PVA纤维提高了构件的整体变形能力,但是对构件的初裂强度、极限强度影响不大.     

冲击荷载作用下热轧H型钢梁数值模拟研究

为了研究热轧H型钢梁在冲击荷载作用下的力学性能与破坏形式,对H型钢梁的冲击试验建立精细化有限元模型,再与试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性。基于有限元模型分析冲击荷载作用下钢梁的荷载重分布和内力变化。之后开展拓展参数分析,研究钢材强度、锤头几何形状、有无局部加固、冲击位置、边界条件对钢梁抗冲击性能的影响。结果表明:冲击荷载作用下,钢梁出现局部屈曲,并在响应结束阶段承受不对称剪力,其主要破坏形式为局部屈曲和扭转变形; 提高钢材强度,相应钢梁整体抗冲击性能得到增强; 改变锤头几何形状,导致接触刚度改变,冲击力时程曲线出现变化; 在冲击区设有局部加固可以提高冲击区的刚度以及稳定性,钢梁抗冲击能力得到提升; 当冲击位置靠近支座时,冲击力出现至支座反力出现的时间间隔缩短,钢梁能更好地抵抗冲击荷载造成的破坏; 当钢梁边界条件由铰接改为刚接时,由于钢梁长度增加受惯性荷载影响增大,并且由于支座对梁体约束减弱,冲击力整体大幅降低,梁跨挠度增大。     

PVA-ECC薄板四点弯曲有限元分析

利用有限元软件建立了聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料(PVA-ECC)薄板四点弯曲的有限元模型,并与已有PVA-ECC薄板四点弯曲试验进行比较,验证了有限元模型的有效性。从单元选取、材料属性定义、网格划分、接触定义、施加边界条件、荷载等方面阐述了有限元建模过程,为后续PVA-ECC有限模型的建立提供一定的参考。     

动载荷作用下含倒U型孔洞裂纹试件的动力损伤行为研究

裂纹群对隧道围岩的动力学特性影响机制复杂程度远大于单裂纹缺陷。为了研究裂纹群对隧道围岩破坏行为的影响机制,采用PMMA制备含倒U型孔洞裂纹模型试样模拟含裂纹缺陷围岩工况,利用落锤冲击试验机进行动态加载,分析遭受冲击载荷作用下裂纹群在围岩内的损伤演化规律,随后采用有限差分法软件进行数值分析,对比论证试验结果的科学性,及分析在冲击载荷作用下裂纹群对围岩应力状态的影响,结果表明:(1)裂纹群对裂纹的扩展速度有显著地促进作用,多裂纹试件的裂纹扩展速度是单裂纹试件的1.277倍,且多裂纹试件的裂纹起裂时间明显缩短;(2)相对于单裂纹缺陷试件而言,多裂纹试件的动态断裂韧度明显降低,为单裂纹的58.72%;(3)多裂纹试件内I/II复合裂纹的起裂明显易于纯I型裂纹,且动态断裂韧度与II型动态应力强度因子有很大关系。     

Drop hammer impact behavior of double steel-concrete composite shear walls

基于双钢板-混凝土组合剪力墙的面外落锤冲击试验,采用LS-DYNA软件对其抗冲击性能进行有限元分析。通过与试验结果对比,校验了单元类型、材料本构模型及边界条件等建模方法的可靠性。采用该模型模拟分析了轴向压力、冲击动量和冲击能量对组合剪力墙动力响应的影响。分析结果表明：该有限元模型能有效地模拟双钢板-混凝土组合剪力墙在落锤冲击作用下的动力响应过程;随着轴压比n的增大,冲击力峰值先增后减,试件底部中心点挠度先减后增,说明轴向压力能提高组合剪力墙的抗冲击性能,但不宜大于0.5;冲击能量相同时,不同冲击动量对组合剪力墙的动力响应无显著影响;而冲击动量相同时,不同冲击能量对其动力响应影响显著。     

玄武岩纤维沥青胶浆及混合料的低温性能关联性

采用拉伸试验和低温弯曲试验,研究了玄武岩纤维沥青胶浆(BFAM)及混合料的低温性能,并对两者的关联性进行了分析;同时对BFAM相态变化及混合料的微观结构进行了测试与表征,深入分析了玄武岩纤维对沥青胶浆及混合料低温性能的改善机理.结果表明:BFAM与混合料的低温性能有良好的相关性,-20℃下BFAM的拉伸断裂能与混合料的弯拉应变关联性最大;基于低温性能推荐玄武岩纤维的最佳掺量为0.4%;-20℃下最佳玄武岩纤维掺量BFAM的拉伸断裂能是普通沥青胶浆的4.6倍,-10、-20℃下玄武岩纤维沥青混合料弯拉应变比普通沥青混合料分别提高了19.0%、25.0%;BFAM具有良好的低温性能和热稳定性,其玻璃化转变温度比普通沥青胶浆低3.75℃,从高弹态到黏流态转化过程中吸热量增加0.1525J/g;普通沥青混合料内部连接较薄弱,玄武岩纤维增强了沥青混合料的整体性,同时玄武岩纤维能承受和传递应力,约束裂纹的扩展,进而改善混合料的抗裂性.