基于能量守恒理论的带肋钢筋-混凝土粘结滑移本构关系研究

针对钢筋-混凝土粘结滑移的劈裂破坏模式,将整个破坏过程分为未开裂的弹性阶段和带裂缝阶段。弹性阶段采用弹性厚壁圆筒模型,带裂缝阶段采用考虑混凝土软化特性的厚壁圆筒模型。基于这两种模型,研究了粘结滑移劈裂破坏过程的能量变化规律,推导出了两种模型的能量计算公式。利用能量守恒定律建立了钢筋-混凝土粘结滑移本构关系的微分方程,并通过数值积分方法得到了粘结滑移本构模型。该本构模型能够体现混凝土与钢筋材料参数和几何参数的影响,对不同形状的粘结滑移关系曲线具有较好的适应性。最后,将得到的本构关系与文献的试验结果进行对比,并分析了各参数的变化规律。     

钢筋再生混凝土梁徐变性能试验研究

为揭示钢筋再生混凝土梁的徐变性能,通过三种持荷水平下9根钢筋再生混凝土梁试件的徐变(徐变应变与徐变挠度)对比试验,分析了钢筋再生混凝土梁徐变与时间的相关关系,研究了加荷幅值、初始变形(初始应变、初始挠度)等因素对钢筋再生混凝土梁徐变性能的影响规律,揭示了钢筋再生混凝土梁的徐变机理。研究结果表明:在45%极限荷载水平的持续作用下,钢筋再生混凝土梁总徐变挠度值为初始挠度值的62%左右,并且在前期发展较快,7d发展至总徐变挠度值的64%左右,后期变缓;钢筋再生混凝土梁徐变随着施加荷载幅值、初始变形的升高而有所增加。经历徐变过程后的钢筋再生混凝土梁,其承载性能有所下降,变化趋势为总徐变值越大,降低的幅度也越大。     

锈胀开裂后变形钢筋与混凝土粘结性能实验研究

为研究锈胀开裂对变形钢筋与混凝土间粘结性能的影响,开展了电化学快速锈蚀内贴应变片钢筋混凝土试件的拔出实验,得到了不同位置处钢筋的应变,进而推导了钢筋与混凝土不同位置处的粘结应力,分析了锈胀裂缝宽度对钢筋与混凝土间不同位置处粘结应力的影响。实验研究表明:粘结试件中的钢筋应变对锈胀裂缝宽度的敏感性大;对于锈胀裂缝较小的试件,其粘结应力峰值接近加载端,而对于锈胀裂缝较大的试件,粘结应力峰值更靠近自由端。     

基于相场法的混凝土冻融疲劳耐久性能研究

为了研究混凝土在疲劳与冻融耦合作用下的性能表现,采用疲劳相场法对混凝土的性能演化进行了研究.基于随机骨料投放算法,得到一定面积分数与带界面过渡区(Interfacial Transition Zone,ITZ)的混凝土骨料模型.通过引入热力耦合疲劳相场模型,对混凝土冻融疲劳开裂的全过程进行了数值模拟研究.结果表明:冻融过程中,损伤起始于骨料角点处应力水平最高的界面过渡区;纯冻融条件下,冻融前期损伤发展比较缓慢,后期损伤迅速发展;冻融加疲劳条件下,混凝土耐久性能大大降低,寿命仅为纯冻融条件下的50％,随着冻融次数的增加,混凝土强度、弹性模量逐渐降低,且降幅增大.     

方钢管钢筋再生混凝土短柱轴压承载力分析

以方钢管钢筋再生混凝土(RRACFSST)短柱为研究对象,考虑方钢管与钢筋笼的双重约束作用,采用极限分析法和套箍理论对RRACFSST短柱轴压承载力进行分析,推导了一套含钢管宽厚比、再生粗骨料取代率、配筋率以及约束效应系数等影响参数的RRACFSST短柱轴压承载力计算公式,并对其影响参数进行了分析.在理论推导的基础上,将轴压承载力公式计算值与相关试验数据进行对比,发现吻合较好,验证了承载力公式的有效性与实用性.研究结论可为工程实践提供理论参考.     

钢筋与混凝土粘结本构关系数值模拟

钢筋与混凝土间的粘结本构关系是混凝土结构弹性有限元分析的基础之一.针对这一基本问题,本文提出了通过数值模拟方法研究粘结本构关系的思路.采用不连续介质力学问题的界面元法,编制了在维问题的界面元分析程序,用以对混凝土结构中钢筋与混凝土界面的粘结性能进行细观力学分析.通过对两类测量粘结应力及滑移的典型试件(单端拉拔试件和两端对拉试件)的分析,表明计算结果与试验结果吻合良好.     

反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能研究

为研究反复荷载下型钢再生混凝土组合柱粘结性能,对17个组合柱进行了拟静力试验。重点分析型钢翼缘应变分布特征,利用粘结应力计算公式获取型钢翼缘粘结应力大小及其分布规律。在此基础上,分析组合柱粘结破坏机理和位移荷载循环次数对其粘结应力的影响规律,并给出粘结应力退化率计算公式。研究结果表明:反复荷载作用下型钢再生混凝土组合柱粘结应力分布规律基本呈抛物线状;柱中部附近的粘结应力最大,柱上下端粘结应力分布复杂,需对这三个部位采取相应的措施以保证型钢与再生混凝土之间的粘结强度;位移循环荷载作用下粘结强度逐渐降低,出现粘结应力退化现象。研究结论可为型钢再生混凝土组合柱的抗震设计提供理论参考。     

钢筋与混凝土粘结本构关系的数值模拟

钢筋与混凝土间的粘结本构关系是混凝土结构弹塑性有限元分析的基础之一。针对这一基本问题，本文提出了通过数值模拟方法研究粘结本构关系的思路。采用不连续介质力学问题的界面元法，编制了三维问题的界面元分析程序，用以对混凝土结构中钢筋与混凝土界面的粘结性能进行细观力学分析。通过对两类测量粘结应力以及滑移的典型试件(单端拉拔试件和两端对拉试件)的分析，表明计算结果与试验结果吻合良好。     

钢筋再生混凝土构件高温损伤分析

以本课题组前期完成的120个棱柱体试块,25根钢筋再生混凝土短柱和32根钢筋再生混凝土梁试件高温后力学性能试验数据为基础,深入分析了再生粗骨料取代率和历经最高温度对再生混凝土试块和钢筋再生混凝土构件高温损伤及力学性能变化规律的影响。研究结果表明:随着温度的升高,再生混凝土试块、钢筋再生混凝土构件发生了相似的物理现象,表面颜色由青灰色逐渐变为灰白色、表面出现微裂缝、质量减少,其质量烧失率逐渐增大。随温度的升高,各试件峰值荷载逐渐下降;受剪梁的峰值变形、延性、耗能受温度影响显著,且随温度的升高均呈下降的趋势;受弯梁的峰值变形、延性、耗能受温度影响不明显;试块和柱的峰值变形、延性、耗能受温度影响波动较大,没有呈现明显的规律。随取代率的提高,受剪梁的峰值变形、延性和受弯梁的延性出现较大波动,其余各试件的受力性能指标受取代率影响不明显,延性、耗能呈小幅下降的趋势,承载力、峰值变形呈小幅增大的趋势。     

再生碎石混凝土力学性能试验研究

针对再生粗骨料为碎石的再生混凝土,设计了99个试件,分别进行立方体抗压强度、棱柱体抗压强度、抗折强度、弹性模量和泊松比等力学性能的试验。本文研究了再生混凝土的强度指标、变形性能、损伤过程、能量耗散等特征,分析了骨料取代率对其各性能指标的影响;基于试验数据,得出各强度性能指标的换算关系;分别采用分段式本构关系模型和损伤本构关系模型对再生混凝土的应力-应变本构关系进行研究,并提出相应的本构方程。研究结果表明:与天然骨料混凝土相比,再生混凝土的各项强度指标均略为增大,但变形性能和耗能性能降低,应力-应变全曲线下降段更为陡峭;随着取代率的增大,弹性模量呈先减小后增大的变化趋势,泊松比无明显变化,与天然混凝土接近;其损伤发展过程加快,应变在ε=(3~5)×10-3时最为迅速。分段式本构方程和损伤本构方程的计算结果与试验值均能较好地吻合。     

纤维再生混凝土劈裂抗拉力学性能试验研究

为研究纤维再生混凝土(FRAC)的抗拉性能,以纤维类型和再生骨料取代率为变化参数,对4种纤维再生混凝土进行劈裂抗拉试验。试验观察了试件的破坏形态,获取了FRAC的荷载-位移曲线及抗拉强度等数据,并深入分析了变化参数对FRAC劈裂抗拉力学性能及耗能能力的影响规律。结果表明：与碳纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维相比,钢纤维的增韧效果更明显,且掺入钢纤维可有效提高再生混凝土的劈拉强度与耗能能力;掺入0.3%的碳纤维后,再生混凝土的抗拉强度和拉压比分别平均提高了95.9%和71.8%;掺入聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维对再生混凝土改性效果不显著;随着取代率增加,纤维再生混凝土的劈裂抗拉强度及耗能能力均逐渐降低,拉压比先增大后减小。基于试验数据,文中还提出了FRAC劈拉强度的计算关系式。     

圆钢管型钢再生混凝土组合柱抗震性能非线性分析

在圆钢管型钢再生混凝土组合柱拟静力试验的基础上,结合现有混凝土塑性损伤准则,考虑再生粗骨料取代率的不利影响及钢管的强化约束效应,建立了组合柱的有限元模型,并对圆钢管型钢再生混凝土组合柱进行了抗震性能非线性分析;获取了组合柱的应力云图、变形图、计算滞回曲线和骨架曲线,通过计算结果与试验结果的对比,验证了有限元模型的合理性,并开展了组合柱抗震性能的有限元参数分析。结果表明,在参数分析范围内,随着型钢配钢率从5.54%增加到8.51%,组合柱的承载能力显著提高,最大增幅为23.67%;采用箱型型钢截面形式或降低外钢管径厚比可以显著提高组合柱的承载力与变形能力;适当增加轴压比可提高其承载力,但不利于延性变形;另外,再生粗骨料取代率对组合柱抗震性能等影响很小。上述研究结果可为圆钢管型钢再生混凝土组合柱在工程上的应用提供参考。     

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。     

水玻璃模数对地聚物再生混凝土尺寸效应的影响

设计了 4 种不同边长立方体(70、100、150 和 200 mm)和 9 种不同水玻璃模数(0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8、2.1、2.4 和2.7)的地聚物再生混凝土试件,研究了不同水玻璃模数条件下的地聚物再生混凝土的抗压强度及其尺寸效应.通过试验发现:水玻璃模数过低导致地聚物胶凝材料无法凝结,地聚物再生混凝土没有强度;水玻璃模数过高导致地聚物胶凝材料闪凝,地聚物再生混凝土也没有强度.通过微观分析发现,地聚物中存在两种结构的水化产物,随着水玻璃模数的降低,两种水化产物逐渐密实,其强度也逐渐提高.通过对地聚物再生混凝土的尺寸效应研究发现地聚物再生混凝土的换算系数不能采用《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)中规定的换算系数,给出2 种方法来进行地聚物再生混凝土尺寸换算系数的取值,第1 种是平均数方法,第2 种方法为线性拟合法.边长为200、150 和100 mm的地聚物再生混凝土立方体试件抗压强度均符合BAŽANT的尺寸效应理论曲线,采用无量纲的方法可以得到地聚物再生混凝土抗压强度与水玻璃模数和尺寸参数耦合作用影响的预测方程,并且得出了不同水玻璃模数条件下地聚物再生混凝土的临界尺寸和临界强度值.     

聚乙烯醇纤维再生混凝土摩擦剪切力学性能试验

为了研究聚乙烯醇(PVA)纤维再生混凝土摩擦剪切力学性能,对30个混凝土立方体试件进行多次摩擦剪切试验,以再生粗骨料取代率、压应力比以及PVA纤维掺量为变化参数,分析其对再生混凝土摩擦剪切强度的影响。结果表明：再生混凝土摩擦剪切峰值强度随摩擦次数的增加而降低,随粗骨料取代率的增大而减小;压应力比为0.2时的剪切峰值强度约为压应力比为0.1时的1.5倍;100%再生粗骨料混凝土摩擦剪切峰值强度随PVA纤维掺量的增加而减小;其中压应力比对残余界面摩擦力耗损影响最大,较大的压应力会加快界面残余强度的耗损速度。     

再生混凝土直剪力学性能试验及其本构关系

为研究再生混凝土的直剪力学性能,以再生粗骨料取代率为变化参数,设计了66个试件进行直剪试验。本文通过试验观察了试件破坏形态,获取了再生混凝土全过程荷载-位移曲线及力学性能指标,分析了取代率对再生混凝土力学性能的影响。结果表明：直剪作用下再生混凝土发生典型的脆性破坏,剪切斜裂缝小于10°,断面酥碎;与普通混凝土相比,再生混凝土峰值剪力略微降低,幅度小于6.3%;随着取代率增大,再生混凝土峰值剪力变化不大,峰值位移、残余强度升高。再生混凝土直剪强度由黏结强度、咬合强度、摩阻强度构成,三者在总体中占比均为1/3。文中提出了再生混凝土直剪强度计算公式,并拟合得到了再生混凝土分段式剪切本构方程,拟合结果与实测结果吻合良好。     

型钢轻骨料混凝土粘结滑移本构关系研究

本文研究了型钢与轻骨料混凝土的局部粘结滑移本构关系. 在型钢表面刻槽贴应变片,并在与型钢应变片对应位置的混凝土表面贴应变片,由试验结果和分析：得到了型钢表面粘结应力沿锚固长度的负指数分布函数;绘制了局部滑移分布曲线;给出了加载端局部粘结滑移本构关系. 局部最大粘结应力主要与混凝土强度、配箍率、混凝土相对保护层厚度有关. 引入粘结滑移本构关系的型钢轻骨料混凝土梁有限元分析结果和试验结果吻合较好.     

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...     

聚苯乙烯混凝土动态劈裂实验

利用直径为74mm 的分离式Hopkinson压杆径向冲击巴西圆盘试样,测试了不同聚苯乙烯(expandedpolystyrene,EPS)颗粒粒径、不同体积含量的EPS混凝土的动态拉伸性能。为了保证实验的可靠性,在试样和入射杆、透射杆之间加上精确设计的垫块,防止试样两端因应力集中而被压碎破坏;通过选择合适的整形器,保证试样有足够的时间达到应力均匀。并分析了EPS混凝土劈裂破坏形态。实验结果表明:EPS混凝土的劈裂强度随应力率的增大而增大;在EPS体积含量较低的EPS混凝土中,EPS混凝土的劈裂强度表现出一定的粒子尺寸效应,随EPS颗粒体积含量的增加,这一现象逐渐消失。