再生大骨料自密实混凝土梁裂缝开展机理研究

再生大骨料自密实混凝土梁的裂缝开展机理作为梁结构可靠性设计的理论基础,具有重要的工程意义。本文对不同再生大骨料取代率的再生大骨料自密实混凝土梁进行了数值仿真模拟,分析了再生大骨料自密实混凝土梁的裂缝开展情况和荷载-挠度曲线。结果表明,采用随机骨料模型对再生大骨料自密实混凝土梁进行裂缝开展模拟的方法可行;裂缝主要沿着再生大骨料和自密实混凝土交界面扩展,少部分经过再生大骨料;不同再生大骨料取代率的再生大骨料自密实混凝土梁的裂缝开展机理相同;相比自密实混凝土,再生大骨料自密实混凝土梁的承载力降低,脆性增强。     

轻粗骨料含量对混凝土抗压性能尺寸效应影响的细观数值模拟

为了研究轻粗骨料含量对轻骨料混凝土立方体抗压破坏行为与尺寸效应的影响,本文根据瓦拉文公式确定轻粗骨料数量,借助混凝土细观数值建模方法分别建立了边长为100 mm、150 mm、300 mm、450 mm的二维轻骨料混凝土细观数值模型．采用塑性损伤本构模型,通过细观数值模拟研究了不同试件尺寸及不同轻粗骨料含量的轻骨料混凝土在单轴受压下的破坏形态及宏观应力-应变关系曲线．结果表明,在相同试件尺寸下,轻粗骨料含量对轻骨料混凝土单轴抗压强度有一定影响,受压破坏时轻粗骨料颗粒破坏．比较轻粗骨料含量相同的轻骨料混凝土立方体抗压性能发现,轻骨料混凝土尺寸效应明显,单轴抗压强度随试件尺寸增大而减小,且粗骨料含量影响轻骨料混凝土的尺寸效应．此外,细观数值模拟结果表明Ba?ant尺寸效应律适用于轻骨料混凝土的抗压性能．     

不同种类再生大骨料制作自密实堆积混凝土的实验研究

采用毛石、废弃的混凝土块、废弃的砖块做再生大骨料,按照不同的再生大骨料取代率制作了强度等级为C20,尺寸均为420mm×420mm×1200mm的五组再生骨料自密实堆积混凝土试件,五组试件的再生大骨料分别是:100%的毛石;100%的废弃砖块;100%的废弃混凝土块;废弃混凝土块和废弃砖块各50%;毛石、废弃砖块、废弃混凝土块各占1/3。在500吨压力试验机上,对五组试件分别进行了抗压承载力试验。结果表明,不同的再生大骨料对自密实堆积混凝土的力学性能影响很大,棱柱体抗压强度变化明显。添加废弃混凝土再生大骨料试件的抗压强度较大,而添加废弃砖块试件的抗压强度则有不同程度的降低,单一再生大骨料制作试件的弹性模量高于混掺再生大骨料制作试件的弹性模量。上述结果为今后推广再生大骨料制作自密实堆石混凝土的工程应用提供了实验依据。     

粗骨料粒径对混凝土动态压缩行为的影响研究

粗骨料作为混凝土材料组成最主要的部分,对混凝土力学性能和破坏模式有着很重要的影响。为了研究粗骨料平均粒径对混凝土动态力学性能的影响规律,针对不同平均粗骨料平均粒径（6、12、24 mm）的混凝土和砂浆材料进行了一系列SHPB试验,得到了不同应变率下各试件的应力-应变曲线,并对每种材料的动态增长因子（dynamic increase factor,DIF）与应变率的对数进行了线性拟合。结果表明:砂浆和混凝土材料的抗压强度具有明显的应变率效应,其动态抗压强度随着应变率的增加而逐渐增大,应力-应变曲线呈现相似的变化趋势;在相同的动态应变率条件下,平均粗骨料粒径为12 mm的混凝土的动态抗压强度最大,这与准静态条件下砂浆抗压强度最大截然不同;不同粗骨料粒径混凝土材料的应变率强化系数均大于砂浆材料,且随着粗骨料无量纲尺寸的增大,混凝土材料的应变率强化因子呈现先增大后减小的趋势。     

受压区跨中加强塑钢纤维轻骨料混凝土梁受弯性能试验研究

考虑到塑钢纤维轻骨料混凝土梁受压区跨中的力学性能是梁整体受弯力学性能提高的关键因素,以跨中局部受压区使用钢纤维加强、螺旋箍筋和矩形箍筋加强3种加强方式为基本参数,完成了6根受压区加强塑钢纤维轻骨料混凝土梁受弯加载试验研究。讨论了加强方式、纵筋配筋率和加强区混凝土强度对塑钢纤维轻骨料混凝土加强梁受弯力学性能产生的影响。结果得出：塑钢纤维对轻骨料混凝土梁有增韧阻裂、延缓裂缝发展的作用,且经受压区跨中加强后的塑钢纤维轻骨料混凝土梁超筋破坏现象得到明显改善;受压区跨中使用螺旋箍筋加强试件的承载力和延性最好,受压区跨中使用钢纤维加强试件的混凝土极限压应变最大,受压区跨中使用矩形箍筋加强混凝土试件延性最差;增大纵筋配筋率,受压区跨中使用钢纤维加强试件的承载力有明显提高,但延性降低,增大加强区混凝土强度,受压区跨中使用钢纤维加强试件承载力有一定程度提高,而延性变化不大。     

再生大骨料自密实混凝土梁正截面受力特性研究

梁的正截面受力特性是梁构件内力分析的前提条件。为了研究再生大骨料自密实混凝土梁的正截面受力特性,本研究以再生大骨料配比为变量,设计了三根再生大骨料自密实混凝土梁(PH1、PH2、PH3),进行了四点弯梁试验,获取了梁破坏的相关参数指标,分析了梁跨中截面混凝土应变沿截面高度的变化规律,以及天然毛石含量对裂缝开展和梁承载能力的影响。研究结果表明:1)再生大骨料自密实混凝土梁满足平截面假定;2)与普通混凝土梁相同,再生大骨料自密实混凝土梁也具有明显的弹性、开裂、屈服和极限四个受力特点;3)随着天然毛石含量的增加,再生大骨料自密实混凝土梁的开裂荷载逐渐降低,而极限承载力逐渐增大;4)天然毛石的加入影响再生大骨料自密实混凝土梁裂缝产生的位置和开展轨迹。部分裂缝的产生位置不再是梁底部,裂缝开展轨迹也沿非平截面方向发展。     

基于随机骨料模型混凝土动态性能数值模拟

将混凝土看作水泥砂浆与粗骨料组成的非均质复合材料。编写二级配圆形骨料混凝土随机投放程序对混凝土动态破坏过程进行数值模拟,分析粗骨料颗粒中间粒径和最大粒径对二级配混凝土动态特性的影响。数值模拟结果表明:随着粗骨料颗粒中间粒径的增加,混凝土在动荷载作用下峰值应力先增大,然后逐渐减小,粗骨料颗粒中间粒径为15mm时,峰值应力达到最大;随着二级配混凝土粗骨料颗粒粒径最大值的增加,混凝土在动荷载下峰值应力逐渐减小。     

珊瑚粗骨料海水混凝土力学性能试验研究

为了研究珊瑚粗骨料海水混凝土的力学性能,以拌养用水、粗骨料类型、混凝土强度为设计参数,设计和制作了12个珊瑚粗骨料混凝土、6个碎石粗骨料混凝土标准立方体试块,自然养护28d后进行轴压力学性能试验。观察了试块的受力破坏形态,获取了珊瑚粗骨料海水混凝土试块的单轴受压荷载-位移曲线,分析了各设计参数对珊瑚粗骨料海水混凝土的物理性能及力学性能的影响规律,并建立了珊瑚粗骨料海水混凝土单轴受压状态下的应力-应变本构方程。试验结果表明:珊瑚粗骨料海水混凝土试块的最终破坏形态为正倒相连的棱锥体;采用海水拌养混凝土时,可以提高混凝土的早期强度和轴压刚度;分别采用珊瑚和碎石作为粗骨料配制出的混凝土,同强度等级时,二者峰值荷载差异较小,但珊瑚粗骨料海水混凝土的峰值位移、轴压刚度均比碎石海水混凝土的小,且珊瑚粗骨料海水混凝土的损伤速率更快。拟合出的珊瑚粗骨料海水混凝土轴压本构方程与试验结果吻合较好,建议采用。     

基于细观尺度的混凝土单轴力学性能仿真计算分析

基于细观力学建立了混凝土的2D随机骨料模型,应用塑性损伤本构模型,模拟了混凝土在单轴拉伸和压缩载荷下的力学性能和裂纹的萌生扩展。通过变参数分析,研究了粗骨料形状和面积分数、界面性能以及孔隙率等混凝土多相特征对应力-应变关系的影响。数值研究表明:粗骨料形状对混凝土拉压强度影响很小;粗骨料面积分数、界面性能和孔隙率是控制混凝土宏观响应的重要参数。研究发现:随粗骨料面积分数增加,混凝土拉压强度均表现出先减小后增大的变化趋势;而界面性能对混凝土的强度有重要影响,混凝土拉压强度随界面性能的增大而单调增加;孔隙率愈高,混凝土的拉压强度损失愈显著。     

陶瓷再生粗骨料混凝土力学性能研究

采用硅烷偶联剂KH-550溶液浸泡陶瓷再生粗骨料,改变其表面性能,从而增强陶瓷骨料-水泥石界面的粘结性能。使用处理后的陶瓷骨料制备陶瓷再生混凝土,并对其进行了立方体抗压强度试验和弹性模量测试。结果表明:随着陶瓷粗骨料掺量的增加,再生混凝土的强度降低;当掺量为60%时,再生混凝土的弹性模量较原碎石混凝土提高了3.2%;当掺量为100%时,再生混凝土抗压强度仍然满足要求。     

基于修正压力场理论的再生混凝土梁抗剪承载力计算方法研究

基于修正压力场理论分析有腹筋再生混凝土梁的剪切破坏机理,建立了更接近有腹筋再生混凝土梁实际受力的抗剪模型,并通过考虑再生骨料有效粒径和受箍筋作用下的裂缝宽度与构件裂缝处应力的联系,分析了再生骨料咬合力对梁斜截面抗剪性能的影响,提出了再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。此外,本文将理论结果与课题组自制的6根再生混凝土梁的抗剪承载力试验结果进行了对比,理论值与试验值吻合较好,验证了本文方法的有效性,从而为设计人员提供了一种预测再生混凝土梁极限抗剪承载力的计算方法。     

混凝土单轴压缩下细观损伤特性的CT研究

混凝土是一种非均质的材料,在细观层次上将混凝土看作由骨料、砂浆和两者之间的界面组成的三相复合材料.本文利用CT技术对混凝土的细观损伤过程进行实时扫描观测,获得了混凝土试件实时静力压缩CT图像,提取出图像上各点的CT数并根据分区理论定义了一个基于CT数的统计损伤变量.通过对图像和CT数以及损伤变量的分析表明混凝土试件在静力压缩条件下经历了压密阶段、扩容阶段,损伤急剧增大到破坏的细观损伤演化全过程,以此反映了混凝土细观损伤演化的特性.进而通过细观损伤对混凝土材料裂纹的扩展、贯通以及最后失稳破坏的破坏实质进行了有益的探索.     

混凝土冲击破坏动态力学及能量特性分析

动强度和能量耗散规律是研究混凝土动力特性的主要内容。为探究混凝土在冲击荷载作用下的动态力学、变形以及能量演化特征,利用直径为100 mm的霍普金森杆装置对骨料率为0、32%、37%和42%的混凝土试样,分别进行了冲击速度为5、6、7 m/s的冲击压缩试验。探讨了冲击速度和骨料率对试样变形、动强度以及分形维数的影响,建立了动强度关于冲击速度和骨料率的表达式,并对试样吸收能和裂纹表面能之间的关系进行了对比分析。结果表明:混凝土试样破坏时出现了变形滞后现象,破坏形式主要以劈裂拉伸破坏为主;动强度随冲击速度、骨料率的增大而增大,用所建动强度公式可以较好地预估混凝土动强度;混凝土破坏碎块分形维数、吸收能和裂纹表面能均随冲击速度的增大而增大,随骨料率的增大而减小,且吸收能始终高于裂纹表面能,当骨料率为37%时,吸收能转化率最高,约91%转化为裂纹表面能。     

混凝土断裂过程区的虚拟裂纹粘聚力奇异性

混凝土断裂过程区视为具有粘聚阻力作用的虚拟裂纹，其非线性断裂和尺寸效应特性是与该虚拟裂纹粘聚力分布规律密切相关的。通过得到的粘聚应力分布函数解析结果，对该粘聚力分布特征的分析得知，在基于断裂过程区之外用线弹性场的力学模型上，该粘聚力随距离虚拟裂纹尖点的靠近，仍具有平方根奇异性。从而本文提出一个能够反映裂纹发展状态的粘聚应力奇异性强度参数，它是无粘聚力的线弹性裂纹应力强度因子和表征裂纹张开位移分布多项式参数的函数；因此，该参数可以作为混凝土非线性断裂的一个参量。文中就已有断裂试验测试结果进行了算例分析和相应的讨论。     

混凝土中心裂缝单轴拉伸损伤断裂数值模拟研究

基于对混凝土细观力学的认识,假定混凝土是由砂浆基质,骨料及它们之间的界面组成的三相复合材料,各组分的材料性质按照某个给定的Weibull分布来赋值,细观单元满足弹性损伤的本构关系,应用细观力学损伤模型研究了混凝土的宏观力学性质,并且通过有限元程序对中心裂缝混凝土试件在单向拉伸情况下的破坏过程进行了数值模拟.模拟结果表明,该模型可以用来研究单向载荷作用下混凝土结构的破坏机理.     

混凝土三维细观接触面模型数值模拟与CT试验验证

对混凝土三维随机骨料模型进行了改进,在骨料和砂浆之间加入了"面-面接触单元"模拟两者的接触特性,编制了相应的命令程序,称新模型为混凝土接触面模型.采用双折线损伤演化模型进行计算,对数值模拟结果进行了分析研究.从混凝土破坏过程图和荷载-位移曲线图两方面与CT试验结果进行了比较,表明试件破坏时裂纹的萌生、扩展过程与CT试验...     

骨料尺寸对混凝土层裂强度的影响

作为混凝土材料的主要组成部分,骨料对混凝土力学性能具有重要影响.但骨料尺寸对混凝土层裂强度的影响仍缺少研究.本文利用大直径Hopkinson杆对混凝土细长杆件进行层裂实验,通过放置在试件后方吸收杆上的波形测量混凝土层裂强度.对两种不同尺寸骨料的混凝土进行了不同冲击速度下的层裂实验研究.实验结果表明,在相同加载条件下,骨...     

基于网格生成的随机凹凸型混凝土骨料细观建模方法

基于目前混凝土细观数值分析多采用二维模型,提出了一种基于网格预先生成的二维随机凹凸型骨料的混凝土细观建模方法。该方法利用已生成的网格状态进行骨料投放,有效解决了在细观三相介质中的网格质量问题。采用随机凹凸型骨料使骨料模型更加接近真实形态,避免了该方法对骨料形貌描述不准确的问题。该方法可保证投放的随机性以及级配分布的合理性,二维投放骨料含量可达75%。最后,采用混凝土损伤塑性模型模拟了混凝土保护层锈胀开裂的细观断裂破坏过程,分析了混凝土裂纹萌生、扩展过程及破坏形态,数值结果与实验结果吻合良好。     

Fracture process zone analysis of concrete using moiré interferometry

The fracture process zone (FPZ) ahead of a crack tip in concrete and mortar beams subjected to threepoint bending was studied using moiré interferometry. A large FPZ can occur in concrete before the external load reaches its maximum value. Comparing the experimental results between concrete and mortar suggests that the aggregate contributes to the formation of the large FPZ in concrete. The formation of this large FPZ makes concrete less brittle than mortar. The effect of the FPZ on the fracture property, such as stress intensity factor, is investigated by combining moiré interferometry measured displacements with the smoothing FEM method. The study shows that a large FPZ significantly affects the value of the stress intensity factor.     

骨料堆积注浆再生混凝土的抗压强度及其影响因素

为提高再生粗骨料利用率及降低再生混凝土质量控制难度,本文采用骨料堆积注浆法制备早强型再生混凝土。利用Griffith断裂力学理论及"实际水料比与名义水料比"的差异,分析了骨料性能对混凝土强度的影响,并通过扫描电子显微镜(SEM)分析了再生混凝土界面过渡区(interfacial transition zone,ITZ)的特点。结果表明,骨料强度及吸水率均对再生混凝土强度具有影响,且骨料吸水作用对混凝土强度提高具有促进作用,再生混凝土的界面结合强度较高。