基于数字图像的土、岩和混凝土内部结构定量分析和力学数值计算的研究进展

土、岩及混凝土是一种内部结构极其复杂的材料,内部细观组成和结构决定了它们在外力作用下内部应力和应变等物理场的分布状态,在很大程度上控制了它们的宏观力学响应和破坏机理和过程。自1995年以来,数字图像处理技术作为一种材料细观空间结构及几何形态的精确量测和数字表述手段快速地被应用于沥青混凝土、水泥混凝土、土和岩体材料细观结构定量分析中来。本文在研究相关文献的基础上,分析和研究了数字图像技术在土、岩及混凝土内部结构定量分析和力学数值计算中的发展过程和研究成果,内容包括:单个骨料颗粒形态特征定量分析;土、岩和混凝土内部结构定量分析;岩体结构定量分析中的应用;基于数字图像处理的土、岩和混凝土细观结构力学计算。在此基础上,本文进一步对数字图像技术在岩土领域中的应用进展及未来的发展趋势进行了探讨,认为数字图像作为一种空间分布测量手段和数字表述方法使得它具有巨大的潜力,特别是在岩土领域的纵深发展过程中,它可能实现考虑细微观结构性的岩土力学和工程分析和预测的、新的方法和理论。     

碳纤维布与钢板复合加固梁剥离破坏研究

通过12根碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能研究,结果表明复合加固方式能有效地改善被加固构件的受力性能,但常由于复合加固层的剥离可能导致加固效果的降低。复合加固层与被加固构件之间的剥离是由于薄弱截面在剪应力及正应力的集中作用下而产生的,文中对复合加固层与混凝土之间的粘结剪应力及剥离正应力的计算公式分别进行推导,并进一步对碳纤维布与钢板复合加固的剥离机理进行分析,为工程应用提供依据。     

圆钢管型钢再生混凝土短柱偏压力学性能退化研究

为研究圆钢管型钢再生混凝土短柱在偏压荷载作用下的性能退化,进行了10个短柱试件偏心受压试验。主要分析了再生粗骨料取代率、圆钢管径厚比、型钢配钢率和偏心距等参数对试件的荷载-挠度曲线、变形能力、刚度退化及耗能能力的影响。结果表明:该短柱具有较高的承载力和抗弯刚度;与普通混凝土相比,取代率的增加对短柱的承载力和变形是不利的,试件的挠度变形随着取代率的增加而增大,再生粗骨料取代率为100%的试件偏压承载力降低了8.98%,试件刚度退化速率随着取代率的增加而加快,耗能能力逐渐降低;试件的挠度变形随着圆钢管径厚比的增大或型钢配钢率的减小而增大;试件刚度退化速率随圆钢管壁厚、型钢配钢率的增加逐渐变慢,耗能能力增强;另外,偏心距对试件偏压性能影响较为显著,随着偏心距的增大,试件刚度退化和承载力降低更加明显。     

多孔介质平板通道强迫对流中热局部非平衡时的热应力

根据微观不可压饱和多孔介质热-力-流相互作用的一般理论,在固相骨架小变形的假定下,考虑固相和流相相互作用的粘性耗散,研究了多孔介质平板通道强迫对流热局部非平衡的热应力问题.建立了问题的热-力数学模型,根据饱和多孔介质的平衡方程,在固相骨架只存在横向位移的假定下,求解了固相骨架的位移和相应的热应力,数值考察了各种物性参数对热应力分布的影响,讨论了热局部平衡模型的适用性.     

Disk-shaped compact tension test for asphalt concrete fracture

A disk-shaped compact tension (DC(T)) test has been developed as a practical method for obtaining the fracture energy of asphalt concrete. The main purpose of the development of this specimen geometry is the ability to test cylindrical cores obtained from in-place asphalt concrete pavements or gyratory-compacted specimens fabricated during the mixture design process. A suitable specimen geometry was developed using the ASTM E399 standard for compact tension testing of metals as a starting point. After finalizing the specimen geometry, a typical asphalt concrete surface mixture was tested at various temperatures and loading rates to evaluate the proposed DC(T) configuration. The variability of the fracture energy obtained from the DC(T) geometry was found to be comparable with the variability associated with other fracture tests for asphalt concrete. The ability of the test to detect changes in the fracture energy with the various testing conditions (temperature and loading rate) was the benchmark for determining the potential of using the DC(T) geometry. The test has the capability to capture the transition of asphalt concrete from a brittle material at low temperatures to a more ductile material at higher temperatures. Because testing was conducted on ungrooved specimens, special care was taken to quantify deviations of the crack path from the pure mode I crack path. An analysis of variance of test data revealed that the prototype DC(T) can detect statistical differences in fracture energy resulting for tests conducted across a useful range of test temperatures and loading rates. This specific analysis also indicated that fracture energy is not correlated to crack deviation angle. This paper also provides an overview of ongoing work integrating experimental results and observations with numerical analysis by means of a cohesive zone model tailored for asphalt concrete fracture behavior.     

On the Formation of Discontinuities of Wave Fronts in a Saturated Granular Body

The paper deals with propagation of plane wave fronts in a solid with a non-linear relation between stress and deformation. The objective is to calculate the distance that a wave front covers before it loses continuity. The formulae derived for a general quasi-linear system of two equations are applied to the propagation of plane compression waves in dry and partially saturated granular bodies. In the case of a saturated body with gas bubbles, the influence of gas and capillary pressure on the stiffness of the body is taken into account. Numerical calculations relevant to soil mechanics are presented. For the numerical calculations a constitutive equation of the hypoplasticity theory for granular materials has been used. Received November 1, 1997     

大体积混凝土结构随机温度徐变应力计算方法研究

首次尝试将随机有限元法引入大体积混凝土结构随机温度徐变应力的计算．综合考虑各种随机因素，对于由材料物理参数随机性引起的随机温度场的影响，本文给出了相应于初应变隐式解法的随机有限元计算方法；对于周期平稳随机温度场对徐变应力场的影响，本文提出了复模量隐式解法，并首次视复频响应函数为材料参数的随机函数，给出了相应的复频响应－随机有限元列式；而对于一般非平稳绝热温升温度场的影响，本文提出了参数调幅逐段简化的方法．本文方法有效地克服了前人不能考虑材料参数随机性或需弹模不随时间变化的局限性     

钢纤混凝土裂纹尖端应变场的实验研究

本文应用散斑干涉技术在四组含纤量分别为０，０．５％，１％，１．５％的钢纤混凝土三点弯曲裂纹试件的裂纹尖端位移场进行了测试，并换算为应变场。对钢纤混凝土开裂的基理进行了探讨；验证了最大位应变准则；并测定断裂韧度Ｊｉｃ．     

桥梁空间分析中预应力效应分析方法研究

预应力技术在桥梁中的广泛使用,使得桥梁结构受力状况复杂,对预应力混凝土桥梁进行空间分析是必要的;但由于预应力筋数量庞大且形状复杂,对预应力空间效应的模拟是预应力混凝土桥梁空间分析的难点。从预应力筋的实际作用机理出发,提出在预应力张拉阶段用等效节点荷载来模拟预应力对结构的作用;而在预应力管道灌浆后,将预应力筋作为结构的一部分,用实体退化单元进行结构分析,并用两算例对本文的方法进行了验证。结果表明,该方法能真正模拟预应力的空间效应,可用于预应力混凝土桥的空间分析。     

负温钢纤维混凝土受压损伤过程的实验研究

利用岩石力学试验系统(RMT)对负温下钢纤维混凝土进行了单轴压缩实验,测得了-5℃、-10℃、-15℃、-20℃下钢纤维混凝土的应力-应变曲线、杨氏模量、极限应力、泊松比等。实验结果表明材料的强度、杨氏模量随温度的下降而上升,尤其是当温度由-10℃下降至-15℃时,这些物理量变化特别显著,之后它们将逐渐趋于某一稳定值。本文对钢纤维混凝土力学性能的温度效应进行了分析并对实验结果进行了细观上的讨论。最后针对负温钢纤维混凝土应力-应变曲线的特点,基于塑性力学和损伤力学理论,建立了负温钢纤维混凝土的含损伤本构方程。该方程物理概念清晰,形式简单,具有一定的应用参考价值。