钢纤维混凝土产性能实验方法研究

在分析国内外钢纤维混凝土受拉性能实验研究存在困难的基础上,提出了新的实验方法－－钢纤维混凝土环状试件,在内油压作用下的爱拉性能实验研究。通过实验装置的合理设计及正确的步骤,成功地测出了钢纤维混凝土环状受拉应力－应变全过程曲线,为深入研究钢纤维混这接性能提供参考依据。     

中应变率下钢纤维混凝土受拉全过程实验研究

在简要评述有关中应变速率下钢纤维混凝土动态力学性能的实验研究现状后,详细介绍了在Instron1342材料实验机的基础上经自行改装设计的钢纤维混凝土动态测试系统,并对实验方案、试件制作与加载及量测过程进行了阐述。利用该系统,成功完成了应变率由1.38×10-4s-1～0.532×10-1s-1三个数量级范围内的钢纤维混凝土受拉全过程试验(四点弯拉),得到了中应变率下钢纤维混凝土的应力、应变全过程曲线。同时,对实验结果进行了综合分析,实验结果表明:中应变率下,应变率不同时钢纤维混凝土的应力应变全曲线具有很好的相似性,而峰值应力、峰值应变与弹性模量(割线模量)随应变率的增加均有不同程度的提高。当应变速率从1.38×10-4s-1增大到0.532×10-1s-1时,SFRC的抗拉强度提高30%左右,峰值应力对应的应变提高10%左右,动态拉伸弹性模量提高20%左右。中应变率(1.38×10-4s-1～0.532×10-1s-1)下,当钢纤维掺量从0%增加到4%时,钢纤维混凝土的抗拉强度提高1.3倍左右。     

钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能的影响

通过实验研究了活性粉末混凝土的基本力学性能(抗压强度、劈拉强度和抗折强度),分析了钢纤维掺量对活性粉末混凝土力学性能的影响,拟合得到了抗折强度与劈拉强度之间的关系表达式。在实验分析的基础上,建立了不同钢纤维体积含量活性粉末混凝土受压应力-应变全曲线的数学表达式。研究结果表明：钢纤维体积含量在1.0%～3.5% 之间时,活性粉末混凝土的抗压强度、劈拉强度和抗折强度均随着钢纤维掺量的增加而增大;当钢纤维体积含量超过3.5% 后,活性粉末混凝土抗压强度下降,劈拉强度略有提高,而抗折强度仍有明显的提高。     

钢-混凝土组合梁受扭性能全过程分析

在合理假定的基础上,根据混凝土、钢梁和钢筋的本构关系,利用平衡及变形协调条件,推导出了适用于组合梁受扭全过程分析的一系列方程式,并提出了组合梁受扭分析的简化算法。然后,用VC 6．0编制了分析程序,制作了输入和输出的可视化界面。最后,对实验和理论分析结果进行了对比,结果表明方法合理,精度满足要求。     

钢纤维聚合物高强混凝土疲劳性能的实验研究

钢纤维聚合物高强混凝土(SPHC)是本课题组最近研发的新型混凝土桥梁结构材料。为了探明SPHC的疲劳性能,本文采用对比分析的方法,对实桥上应用的SPHC及其静力学性能相近的C60混凝土的疲劳性能展开实验研究,得到了这两种材料的S-N实验曲线。研究结果表明,与C60混凝土相比,SPHC材料由于掺入了钢纤维和聚合物乳胶,增加了韧性及抗裂性能,使其抗疲劳性能得到了大幅度的提高。该新材料的实桥应用,将有效地提高桥梁结构的疲劳寿命。     

湿热环境下钢纤维聚合物结构混凝土疲劳性能的实验研究

为改善普通高强混凝土的抗裂及耐久性能,本课题组研发了一种新型钢纤维聚合物结构混凝土(SFPSC),并应用于大跨度桥梁上部结构。为了进一步探讨该类新材料的环境疲劳/耐久性能,考虑我国南方和沿海地区桥梁服役时的湿热环境影响,设计了不同的湿热条件(室温大气环境、50℃和80%R·H、50℃和90%R·H)对SFPSC试件进行预处理后,实施了三点弯曲疲劳实验,获得了SFPSC的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,并给出了其疲劳方程。研究结果表明,湿热环境对SFPSC的疲劳性能影响较大,高温高湿会导致其疲劳寿命降低。     

钢纤维混凝土动态劈裂试验的能量耗散分析

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置进行钢纤维混凝土(SFRC)动态劈裂试验.介绍了其试验原理并阐述了利用劈裂强度和应变率指标反映混凝土抗拉性能的不足,提出了试样耗散能和入射波能量变化率指标.通过对试验中试样能量耗散的详细分析,发现试样耗散能较好地反映了混凝土冲击载荷作用下抗拉性能的变化.对于混凝土类材料,改变基本材料组分(水、水泥、砂和粗集料)配比不能有效提升其抗拉性能,钢纤维的增强效果有限.而采用硅灰代替部分水泥,则使混凝土抗拉、抗压和钢纤维增强效果三方面均得到有效提升.     

装配式钢纤维混凝土节点抗震性能研究

为提高装配式混凝土节点抗震性能,在装配式梁柱节点核心区后浇混凝土中掺入钢纤维,结合ANSYS有限元软件,建立某装配式梁柱节点精细有限元模型,与试验结果对比验证有限元分析的可靠性。采用细观均匀化方法确定钢纤维混凝土非局部增强塑性损伤微平面模型的参数取值,研究钢纤维体积掺量等因素对节点力学性能的影响,并将钢纤维混凝土节点应用于装配式框架结构,基于OpenSEES平台进行动力时程分析,考察对结构整体抗震性能的改善作用。结果表明：在核心区掺入钢纤维,可提高节点的承载力和延性,提高幅度分别为4.14%～10.52%和2.94%～34.55%。在结构底部节点区增加钢纤维,可减小结构的层间位移、层间位移角和基底剪力,改善装配式框架结构的抗震性能;当钢纤维掺量较高时,对结构整体抗震性能改善不明显。     

钢纤维混凝土抗侵彻与贯穿特性的实验研究

为考察素混凝土及钢纤维混凝土（钢纤维为平直型与端钩型,体积分数0.01~0.05）抗侵彻贯穿特性,采用12.7 mm弹道炮-测速靶系统开展了初速297~848 m/s的弹道冲击实验,获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度、弹坑直径、靶体（板）破坏形态等实验参数,并利用高速摄影系统记录了靶体（板）的动态破坏过程。实验结果的对比表明,靶板的抗侵彻贯穿性能和破坏模式与钢纤维类型及含量密切相关。当钢纤维体积分数为0.05时,端钩型钢纤维混凝土的侵彻深度与相同强度等级素混凝土相比降低约52%,且贯穿破坏后靶板碎片的数量及飞散角度大幅降低,显示了高含量异型钢纤维混凝土在抗侵彻贯穿方面的适用性。     

高强钢纤维混凝土冲击压缩特性试验研究

采用大尺寸SHPB装置 ,对钢纤维体积分数在 0～ 6 %的高强钢纤维混凝土进行冲击压缩试验 ,得到应变率约 10 0s-1下的应力 应变全曲线及方程 ,给出抗压强度与应变率的关系 ,讨论了钢纤维含量对冲击强度的影响。     

局部高密度钢纤维混凝土疲劳裂纹扩展实验研究

在混凝土弯曲构件底部用高密度钢纤维局部增强称为局部高密度钢纤维混凝土(PHPFRC),与同样纤维掺量的传统钢纤维混凝土(SFRC)比较,它可以用近似的价格获得高得多的力学性能.本文对PHPFRC缺口试件在循环荷载下的裂纹扩展规律进行了研究,发现裂纹并非是由一条主裂纹循序渐进地发展,而是随着循环次数的增加,呈多条短裂纹陆续出现、弥散式发展的趋势,说明在高密度纤维的增强下,混凝土的疲劳断裂由脆性向韧性转变.根据实验及分析结果得出了两种纤维掺量下PHPFRC试件的Paris参数,并且用一个分维值D的变化描述了裂纹的演化过程,发现裂纹失稳扩展前的临界分维值Dc随着纤维掺量的增加而增加.     

金属拉伸试验方法的关键及其对策

本文首先指出金属拉伸试验方法的关键问题是试验时的应力速率及应变速率控制,首次提出应用传感器及计算机技术,以一只比例节流阀为控制器构成旁路节流式微机控制电液系统,具有压力和速度双重控制功能,在液压式万能材料试验机上获得良好的应力速率及应变速率控制的试验结果,为我国液压材料试验机功能扩展和开发新一代机型奠定基础,以适应２１世纪静强度检测的需要。     

花岗岩单轴冲击全程本构特性的实验研究

利用分离式霍普金森压力杆(SHPB) 装置测试了大量花岗岩的单轴冲击本构关系。结果表明:花岗岩的冲击应力应变曲线峰前具有明显的跃进性,但在初始阶段一般都能够较好地近似为直线,直线的斜率与加载速率没有明显的相关性;峰后既有Ⅰ类曲线也有Ⅱ类曲线,表现出较大的离散性。花岗岩的应力应变曲线有时还能表现为递减硬化和递增硬化的特性。     

钢纤维混凝土层裂强度的实验研究

钢纤维能显著提高混凝土抵抗层裂破坏的能力,但纤维含量、长细比和形状对高应变率下钢纤维混凝土层裂强度的影响仍缺少系统研究.本文利用大直径Hopkinson杆对混凝土细长杆件进行冲击加载,通过放置在试件后方的空心铝合金杆上应变波形确定试件的层裂强度,系统研究了钢纤维含量、长细比和形状对钢纤维混凝土层裂强度的影响.实验结果表明钢纤维混凝土层裂强度具有应变率效应,即应变率越高层裂强度越高.钢纤维对混凝土层裂强度的增加与纤维影响系数α、纤维长细比和纤维含量三者之乘积具有线性关系.动态加载条件下的系数α高于静态,其原因主要是动态加载时纤维快速从基体拔出时动态剪应力增加.波浪形纤维混凝土的系数α比扁头型纤维高.根据实验结果建立了钢纤维混凝土层裂强度经验公式,公式预测结果能与实验结果较好吻合.     

一种新形式的钢纤维混凝土冲击动态本构关系及材料参数的确定

采用∅75 mm大口径SHPB系统进行了钢纤维体积率为0%、0.75%、1.5%三种混凝土材料动态性能实验,得出了不同钢纤维含量、不同应变率下的材料应力-应变关系曲线,实验结果表明：随着纤维含量及应变率的增加,钢纤维混凝土材料的峰值应变、峰值应力都随之提高,并在峰值应力之后出现应力的应变软化现象。以此实验结果为基础,提出了一种依赖于应变和应变率相关函数的新型非线性黏塑性动态本构关系,并通过对实验曲线的三步逐次最小二乘优选模拟,得到了相应的材料参数。结果表明,该本构关系对实验数据的模拟效果较好。     

钢管混凝土肋拱桥拱肋截面几何特性计算的探讨

讨论了钢管混凝土拱肋截面几何特性计算几种不同方法之间的区别与联系．     

PTFE材料在高应变率冲击下的力学性能

聚四氟乙烯(PTFE)在高速碰撞或者爆炸加载时的应变率可高达10⁶ s^-1,高应变率下PTFE材料的力学响应会对其材料性能产生较大影响。本文中采用压剪炮试验系统(PSPI)测试了PTFE材料在高应变率(10⁵~10⁶ s^-1)下的压缩力学性能,实验中碳化钨(WC)飞片板以一定速度撞击由前靶板、试件和后靶板组成的三明治结构,并采用激光干涉仪记录后靶板自由面的速度变化。对实验结果处理后得到该PTFE材料的应力应变数值,并拟合得到应力应变曲线。本研究对PTFE/金属复合材料制成的动能侵彻体强度及其冲击碎化机理的分析具有指导意义。

     

Geometrically non-linear analysis of laminated composite structures using a 4-node co-rotational shell element with enhanced strains

To demonstrate the solutions of linear and geometrically non-linear analysis of laminated composite plates and shells, the co-rotational non-linear formulation of the shell element is presented. The combinations of an enhanced assumed strain (EAS) in the membrane strains and assumed natural strains (ANS) in the shear strains improve the behavior of 4-node shell element. To secure computational efficiency in the incremental non-linear analysis, the present element uses the form of the resultant forces pre-integrated through the thickness. The transverse shear stiffness of the laminates is defined by an equilibrium approach instead of the shear correction factor. Numerical examples of this study show very good agreement with the references.     

Miniaturized Compression Test at Very High Strain Rates by Direct Impact

A modified miniaturized version of the Direct Impact Compression Test (DICT) technique is described in this paper. The method permits determination of the rate-sensitive plastic properties of materials up to strain rate ∼10⁵ s⁻¹. Miniaturization of the experimental setup with specimen dimensions: diameter d _S = 2.0 mm and thickness l _S = 1.0 mm, Hopkinson bar diameter 5.2 mm, with application of a novel optical arrangement in measurement of specimen strain, makes possible compression tests at strain rates from ∼10³ s⁻¹ to ∼10⁵ s⁻¹. In order to estimate the rate sensitivity of a low-alloy construction steel, quasi-static, Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB) and DICT tests have been performed at room temperature within the rate spectrum ranging from 5*10⁻⁴ s⁻¹ to 5*10⁴ s⁻¹. Adiabatic heating and friction effects are analyzed and the final true stress versus true strain curves at different strain rates are corrected to a constant temperature and zero friction. The results have been analyzed in the form of true stress versus the logarithm of strain rate and they show two regions of a constant rate sensitivity : relatively low up to the strain rate threshold ∼50 s⁻¹, and relatively high above the threshold, up to strain rate ∼4.5*10⁴ s⁻¹.     

RPC箱型桥墩抗震性能的试验研究与数值分析

以RPC箱型桥墩为研究对象,拟定合理结构形式和尺寸,设计了3个RPC箱型墩试件。通过对试件施加常轴力以及水平反复荷载,研究了水平荷载加载方向角对RPC箱型墩抗震性能的影响,分析了各试件的韧性、滞回曲线、骨架曲线、荷载退化曲线和刚度退化曲线等方面的特征,并得出了各试件的位移延性系数和耗能系数。作者编制并验证了单向荷载作用下的全过程非线性数值分析程序。实验与数值结果表明:RPC箱型墩具有较好的抗震性能,水平荷载加载方向角是影响箱型墩抗震性能的一个重要因素;斜向受力构件的抗震性能要弱于主轴受力构件。