持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

充填层自密实混凝土力学性能

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)持荷特性,通过系列试验,采用膨胀剂和粘度改性剂制备了适用于充填层的SCC,并对比分析了不同组成自密实混凝土、普通混凝土(NC)的单轴压缩应力-应变曲线和三点弯曲下的荷载-位移曲线等,探讨了膨胀剂、粘度改性剂对SCC力学特性的影响规律.结果表明:充填层自密实混凝土的破坏方式与同强度等级普通混凝土有较大不同,且其单轴压缩应力-应变曲线峰值应变明显较大,而峰后曲线下降较为迅速.硫铝酸盐类膨胀剂掺入,使得SCC的断裂韧性显著减小、脆性明显增大;与基准自密实混凝土、普通混凝土相比,双掺膨胀剂和粘度改性剂的充填层自密实混凝土的断裂性能仅稍许降低,其断裂能和延性指数降低率均不大于10％.     

硫酸盐侵蚀和干湿、冻融循环下混凝土单轴受压损伤对比

为研究宁夏典型服役环境下混凝土材料的损伤特点,本文在硫酸钠侵蚀和干湿、冻融循环三因素的共同作用和耦合作用下研究混凝土棱柱体试样的不同单轴受压应力-应变特点。改变硫酸钠溶液浓度和腐蚀次数,测量试样的质量损失率、相对动弹性模量以及应力-应变曲线。结果表明：随着腐蚀次数的增加,耦合作用下质量损失率和相对动弹模均先增大后减小,共同作用下则均逐渐减小;随着硫酸钠溶液浓度的增大,两种腐蚀制度下试样的应力-应变曲线上升段斜率和峰值应力均逐渐减小,且共同作用比耦合作用劣化效果更明显;随着腐蚀次数的增加,两种腐蚀制度下试样的应力-应变曲线上升段斜率均逐渐减小,耦合作用下峰值应力先增大后减小,共同作用下则逐渐减小,两种腐蚀制度下峰值应变均逐渐增大,共同作用比耦合作用劣化更大。本文提出的两种腐蚀制度下的混凝土应力-应变曲线预测模型可为宁夏服役环境下的混凝土结构寿命预测提供依据。     

冻融条件下再生自密实混凝土力学性能试验研究

通过对冻融环境下的再生自密实混凝土进行抗压、劈拉以及动弹性模量试验,以期得到在不同冻融循环次数作用下再生自密实混凝土抗压以及劈拉强度的变化规律.通过试验得到以下结论:再生自密实混凝土的抗冻性能明显低于普通混凝土;再生自密实混凝土的力学强度随冻融循环次数的增加产生大幅的降低;结合微观结构试验,分析冻融环境下再生自密实混凝土与普通混凝土的动弹性模量损失率的发展趋势;根据混凝土的试验结果建立了准确度较高的再生自密实混凝土冻融损伤计算公式.     

含沥青路面再生骨料的自密实混凝土损伤本构关系

为了研究沥青路面再生骨料(RAP)掺量对RAP自密实混凝土(SCC)力学性能的影响,采用单轴压缩方法研究RAP掺量为0%、30%、60%、90%和100%(质量分数)的自密实混凝土的应力-应变关系和韧性指数。基于应变等价假说和统计损伤理论建立单轴压缩本构关系模型,探讨了RAP掺量与损伤变量和损伤速率之间的关系。结果表明,随着RAP掺量的增加,试件峰值应力和弹性模量下降,峰值应变和韧性指数增加,所建立的损伤本构关系可以较好地描述不同RAP掺量下自密实混凝土的应力-应变关系。在应变小于0.002时,掺入RAP的自密实混凝土损伤变量值大于基准自密实混凝土,且随着RAP掺量的增大其损伤值越大;当应变大于0.002时,掺入RAP自密实混凝土的损伤变量值低于基准自密实混凝土,且随RAP掺量增大不断减小。随着RAP掺量增大,RAP自密实混凝土损伤速率不断下降,且损伤速率呈先增大后减小的趋势。     

冻融环境下GFRP管混凝土柱轴压性能试验研究

通过对21个玻璃纤维增强聚合物（GFRP）管混凝土柱和21个素混凝土柱分别在水溶液和质量分数为3.5 %的氯化钠（NaCl）溶液中进行冻融循环试验及轴压试验，且对冻融后的GFRP管混凝土柱进行了超声波检测，研究冻融环境下不同冻融介质和冻融循环次数对GFRP管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明，冻融介质相同的情况下，随着冻融循环次数的增加，质量损失率增大，相对动弹性模量降低，GFRP管混凝土柱内异常点增多，承载力下降，极限应变下降；冻融次数相同的情况下，经盐冻作用的GFRP管混凝土柱轴压极限承载力降低更为明显。GFRP管混凝土柱盐冻循环150次后极限承载力下降了29.45 %，下降量是相同条件下水冻结果的2.19倍。盐冻循环后的GFRP管混凝土柱极限应变小于相同条件下的水冻循环极限应变。     

冻融循环与氯盐侵蚀作用下混凝土的损伤模型

越来越多的研究学者使用残余应变表征由冻融引起的混凝土损伤。本文通过快冻法测试了冻融单因素以及冻融与3.5wt%NaCl溶液侵蚀双因素耦合(盐冻)作用下混凝土的残余应变,并结合残余应变的增长是连续的且符合阻滞模型这一特点,建立了同时符合冻融和盐冻作用的混凝土损伤模型。结果显示,混凝土的残余应变变化规律符合冻融损伤机理,它可以用来表征混凝土的冻融损伤程度;冻融损伤模型对各混凝土损伤程度变量曲线的拟合相关系数均在0.95以上,说明该模型能够较好地反映冻融或盐冻过程中混凝土的损伤程度;该模型结合更加全面系统的试验研究工作可以预测特定环境下服役混凝土的寿命,为有抗冻要求的服役混凝土耐久性设计研究提供了新思路。     

受冻融混凝土动态抗压特性试验研究

通过对受冻融混凝土试件进行单轴动态抗压试验,分析了冻融次数(0、25、50和75次)及应变速率(10-5 s-1、10-4 s-1和10-3 s-1)对混凝土抗压强度、峰值应变和应力-应变曲线的影响.结果表明:不同应变速率下受冻融混凝土的破坏特点有所差异,随着应变率的提高,试件断面更加平整,有较多粗骨料发生破坏;相同冻融次数下,随着应变率的增大,抗压强度明显增加,而峰值应变减小,应力-应变全曲线的峰值点呈前移和上升的趋势,曲线上升段斜率逐渐增大且长度也随之增大,下降段越为陡峭,表现明显的脆性特点;相同应变率下,随着冻融次数的增加,抗压强度均有所降低,而峰值应变逐渐增大,应力-应变全曲线的峰值点表现为明显下降和后移的趋势,其曲线下包面积减小,吸收能量的能力变差;通过对试验结果分析,建立了考虑应变率影响的受冻混凝土受压应力-应变曲线方程.     

冻融循环影响下水泥、煤矸石改良粉土的力学特性研究

为研究水泥、煤矸石改良粉土路基在冻融循环作用下的力学性质,以高速公路粉土填料为研究对象,制作了含5％水泥和20％煤矸石的改良粉土试件,对其进行了负温度分别为-25℃、-30℃、-35℃的冻融循环试验,并以冻融次数和围压为变量对改良粉土进行三轴压缩研究.研究结果表明:增加围压和冻融次数、降低温度是改良粉土应力-应变曲线由应变软化型向应变硬化型转变的因素;冻融循环次数的增加,改良粉土极限强度、弹性模量、粘聚力及内摩擦角等指标的衰减规律为快速、缓慢、稳定三个阶段,趋于稳定的冻融循环次数为8次;温度的降低对改良粉土极限强度、弹性模量、粘聚力劣化影响较大,而对内摩擦角的劣化影响较小,力学指标劣化程度有收敛趋势.此研究可为粉土在路基工程中的应用和防治灾害提供一定的工程价值.     

水环境下混凝土动态抗压特性试验研究

为了了解混凝土在水环境下的力学性能,采用φ300 mm×600 mm的圆柱体试件,在10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪上进行不同应变速率(10-5/s、10-3/s、10-2/s)下的饱和混凝土单轴压缩试验和循环孔隙水压预处理后的混凝土常三轴压缩试验,对比分析不同加载方式对混凝土基本力学参数与损伤破坏特性的影响,并基于水环境下的作用机理对试验现象作出解释,研究表明:相对于饱和单轴加载,常三轴作用下的混凝土峰值应力更高,峰值应变更大;围压作用下,随着孔隙水循环次数的增加,混凝土的峰值应力增大,循环孔隙水压作用对混凝土的率敏感性具有促进作用;不同加载方式的损伤组合图中,单轴作用下,混凝土损伤路径最短,损伤变量的增加速度最快;常三轴作用下,不同循环孔隙水压作用下混凝土的损伤路径由于应变速率的提高发生了变化.     

干湿-冻融循环下水泥固化淤泥土的力学性能与裂隙发育特征

针对水泥固化淤泥土性能受干湿-冻融循环效应的影响,开展了不同干湿-冻融循环次数下的土体三轴剪切试验、CT扫描试验和SEM扫描试验,研究了干湿-冻融过程中水泥固化淤泥土的力学特征和微结构损伤规律.结果表明:水泥固化淤泥土的应力-应变曲线呈应变硬化特征,内摩擦角与黏聚力指标随干湿-冻融循环次数增加而逐渐减小,且分别表现为指...     

硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下混凝土损伤研究

对水胶比为0.45的引气混凝土分别在质量分数为1％ Na,SO4、5％ Na2 SO4、5％ MgSO4溶液及水中进行快速冻融试验,采用超声平测法测量混凝土损伤层厚度,分析了不同溶液中混凝土的损伤层、未损伤层超声波速及损伤层厚度随冻融循环次数的变化规律.结果表明:混凝土损伤层厚度能够反映硫酸盐-冻融共同作用下混凝土损伤程度;不同溶液与冻融共同作用下混凝土损伤程度有所不同,原因在于硫酸盐溶液对混凝土冻融破坏既存在抑制作用,又存在促进作用;随着硫酸钠溶液浓度的升高,硫酸钠溶液对混凝土的冻融破坏由促进作用逐渐转变为抑制作用,由于硫酸镁具有镁盐和硫酸盐的双重腐蚀,对混凝土的冻融破坏促进作用最大.     

冻融循环后钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能研究

为探索经受冻融循环后的钢纤维混凝土在氯盐环境作用下的耐久性能,通过对冻融循环不同次数后的钢纤维混凝土试件开展氯离子侵蚀试验,分析了钢纤维掺量、冻融循环次数等因素对氯盐侵蚀环境下钢纤维混凝土耐久性的影响规律并探索了冻融损伤对钢纤维混凝土氯离子侵蚀性能的影响机理.研究结果表明:钢纤维掺量在0～1.5％范围内,钢纤维掺量越大,相同渗透深度处混凝土氯离子扩散系数越小,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越好;冻融循环次数越大,钢纤维混凝土氯离子扩散系数越大,混凝土抵抗氯离子侵蚀的性能越差.     

温度与腐蚀耦合作用下沥青混凝土性能的试验研究

冬季,为了保证道路的正常畅通,人们经常会使用除冰盐来清除沥青路面的冰,这样在水分和盐分的耦合作用下,沥青路面的路用性能会发生改变,但这方面的研究还很少.因此,根据华东地区的冬季气温,在清水和饱和氯化钠溶液中浸泡,研究不同温度和腐蚀耦合作用下沥青混凝土路用性能为提高沥青路面的使用年限和耐久性提供理论依据.试验结果表明在-5℃和15℃温度冻融循环作用下,随着冻融次数的增加,劈裂强度总体逐渐下降;相同的冻融次数作用下,在清水中浸泡的试件冻融劈裂强度大于在饱和氯化钠溶液中浸泡的试件的强度.     

冻融环境下CFRP-粘土砖抗剪性能试验研究

为研究冻融循环对CFRP与烧结粘土砖界面的影响,通过一种简单易行的单面剪切试验方法测定了冻融作用下粘贴了碳纤维布的粘土砖试件的应变值,得到荷载-滑移曲线,分析了冻融循环作用下CFRP与烧结粘土砖粘结性能的变化规律,建立了冻融循环作用下CFRP-粘土砖界面荷载滑移退化模型.通过对比分析,模型预测值与试验值吻合较好.     

受疲劳荷载作用后的预应力混凝土构件冻融循环试验与损伤模型

对8根预应力混凝土梁进行受不同疲劳荷载后的冻融循环试验,研究疲劳荷载作用后预应力混凝土结构的冻融损伤特性。试验结果表明:荷载循环对预应力混凝土冻融损伤的发展有明显影响。运用损伤理论,对混凝土冻融损伤的疲劳效应问题进行了分析,并结合Aas-Jakobsen的混凝土材料疲劳寿命公式,引入疲劳效应影响因子(f(m)),建立了基于相对动弹模量的冻融损伤演化模型。结果表明:该损伤模型具有较高的精度,与试验结果吻合较好,适合工程应用。     

冲击荷载作用下掺橡胶颗粒自密实混凝土的力学性能

为探究掺橡胶颗粒自密实混凝土(SCC)在冲击荷载下的力学特性,采用?75 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验方法,对比分析了不同橡胶颗粒掺量SCC的冲击压缩破坏模式及其应力–应变关系,并基于应变等价性假说和统计损伤理论建立了其动态力学本构模型。结果表明:橡胶颗粒的掺入增强了SCC抵抗不同应变率条件下的破坏作用;SCC的动态强度增长因子DIF随应变率的增加而显著增大,且随橡胶掺量的增加,DIF的增长率提高;在应变率相同时,橡胶颗粒对SCC动态强度的增强效果大于普通混凝土;掺橡胶颗粒SCC弹性模量的应变率相关性不明显,但在所调查的应变率范围内,SCC弹性模量有一定的增加,橡胶掺量为0、10%、20%和30%时,其各自的平均弹性模量比静态弹性模量分别提高了35.1%、39.7%、53.3%和57.7%;所建立的本构模型与试验结果吻合较好。     

冻融环境下泡沫混凝土的单轴压缩特性

为了解冻融环境下泡沫混凝土的单轴压缩特性，分别对4种密度(500、600、800和1 000 kg/m³)的泡沫混凝土进行了变加载速率(10～100 N/s)的试验研究，并基于X-CT重构了冻融环境下泡沫混凝土的孔隙结构模型。在此基础上，研究了单轴压缩过程荷载-位移曲线的特征及其影响因素，并借助回归分析和灰关联理论分析了泡沫混凝土密度、冻融循环次数及加载速率与抗压强度的关联程度。结果表明：冻融循环后泡沫混凝土单轴压缩过程荷载-位移曲线的切线模量大幅减小，非线性特征加强；冻融循环后试件孔隙率增大，孔径分布离散化程度加强。冻融环境下泡沫混凝土抗压强度与密度等级之间始终保持指数关系，相关系数均在0.9以上；泡沫混凝土密度等级与抗压强度联系最为紧密，其次是冻融循环次数和加载速率，灰关联度均在0.65以上。     

自密实混凝土双轴试验研究与强度准则分析

为探究自密实混凝土双轴力学性能,考虑不同侧向应力影响,应用岩石真三轴仪对自密实混凝土开展双轴压-压和双轴拉-压试验研究,通过试验得到不同加载工况自密实混凝土破坏形态和应力-应变曲线,同时引用普通混凝土双轴受力试验数据对比分析,通过研究主要得到以下结论:自密实混凝土双轴受力破坏形态和破坏机理与普通混凝土相类似,主应力方向应力-应变曲线发展趋势与侧向应力没有关系;受侧向压应力影响,双轴压-压作用下,自密实混凝土主压应力从36.62 MPa提高至59.17 MPa,平均提高幅度为55.78％,双轴拉-压作用下,自密实混凝土主拉应力从2.45 MPa降低至0.91 MPa,最大降低幅度为62.79％,与普通混凝土双轴受力试验数据对比,自密实混凝土双轴加载主应力受侧向压应力影响更为明显.同时,基于主应力空间和八面体空间应力提出了自密实混凝土双轴受力强度准则方程,所提出的强度准则方程具有较好的适用性.     

轴压与偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数分析

声发射技术可以评估混凝土的损伤演化过程。为合理描述混凝土的受压损伤演化过程,开展了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程的声发射试验,分析了轴压和偏压状态下混凝土损伤全过程声发射特征参数的演化规律,进而合理遴选了描述混凝土损伤演化过程的声发射特征参数,揭示了混凝土应力-应变曲线特征点与声发射特征参数特征点之间的对应关系。分析表明:振铃计数、持续时间、幅值、信号强度和平均频率可以较好地表征轴压与偏压状态下混凝土损伤的演化规律;混凝土试件受压破坏过程中声发射特征参数特征点与应力-应变曲线特征点之间具有高度的相关性,其中声发射特征参数特征点中的第一个分界点对应于应力-应变曲线弹性阶段的起点,第二个分界点对应于应力-应变曲线的峰值应力点,信号强度的最大突变点对应于应力-应变曲线的开裂点。