常温养护条件下活性粉末混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

通过常温养护条件下活性粉末混凝土力学性能试验,优选3组配合比进行硫酸盐干湿循环侵蚀试验,从质量和抗压强度两个方面分析活性粉末混凝土的损伤劣化程度。试验结果表明:随着干湿循环时间的增加,活性粉末混凝土的质量和抗压强度损失率均呈现先缓慢增长后缓慢降低的趋势;同时,掺入适量的粉煤灰和硅灰,可以较好的发挥二次反应,改善试件的结构性能,提高试件密实度,增强抗侵蚀性能。配合比最优的一组活性粉末混凝土,质量损失率由-1.5%到0.2%,抗压强度损失率由-1.0%到3.3%,其质量和抗压强度损失率都较为理想,前期出现质量和抗压强度不减而增的现象,后期虽有减小但是很微弱。在饱和硫酸钠溶液的侵蚀活性粉末混凝土的基础上建立腐蚀损伤模型,即试件的抗压强度损失率与侵蚀介质浓度和侵蚀时间成正比,计算和试验结果基本吻合。     

化学及干湿循环作用下泥灰岩损伤劣化特性分析北大核心CSCD

库岸岩质边坡底部受水的化学腐蚀及水位变化形成的干湿循环影响,其强度远低于一般岩体。泥灰岩作为一种强度较差的特殊岩体,更易受到地质、水文等因素的联合破坏。对三峡库区巫山段常见的泥灰岩进行化学溶液浸泡及干湿循环作用,开展单轴压缩试验、直剪试验、电镜扫描试验、数值模拟,并采用PSO-BP神经网络对抗剪强度参数进行预测。研究结果表明:泥灰岩在化学及干湿循环作用后的受力变形经历着裂纹起裂-扩展-延伸-破坏四个阶段,破坏时的裂纹扩展路径呈现多向发展的趋势;岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力在酸性增强及干湿循环次数增加后都有明显下降,这主要与其内部结构、矿物组成有关,干湿循环作用下的热胀冷缩及化学作用下的腐蚀,加剧了泥灰岩内部裂隙扩展、孔隙增大;PSO-BP神经网络能较好地预测泥灰岩抗剪强度参数在不同pH值、不同干湿循环次数下的值,误差较小,可将该方法运用到类似案例分析中。     

冻融循环后高延性混凝土疲劳性能试验及S-N曲线研究

对高延性混凝土(HDC)进行75次和150次冻融循环后,进行单轴受压疲劳性能试验,研究其在不同应力水平、加荷频率下的疲劳变形特征和疲劳寿命。将常温养护条件下的试件与经过冻融循环试件的疲劳性能进行对比,建立适用于不同冻融条件下HDCS-N曲线模型。试验结果表明:经过常温养护条件下进行疲劳试验,得到疲劳寿命与加荷频率成正比,与应力水平成反比;经过冻融循环后进行疲劳试验,疲劳寿命较常温养护有明显减低,75次冻融循环后最高降低95.3%,150次冻融循环后最高降低97.3%;试件在疲劳破坏后,均具有较好的整体性,属延性破坏。对试验结果进行分析,以加荷频率、冻融次数作为参考值,建立不同冻融条件下HDC的S-N曲线模型,计算出HDC材料的疲劳折减系数:正常养护条件下为0.660～0.674,经过冻融循环后为0.589～0.612,下降约9.2%～12.6%。可为实际工程提供参考。     

化学溶蚀及冻融循环作用下砂岩的力学特性研究∗

选取云南的砂岩作为试验岩样，研究砂岩经过化学溶蚀及冻融循环作用下的力学特性。通过对砂岩在3种水化环境(PH=3的HCl溶液、PH=7的水溶液、PH=12的NaOH溶液)作用后分别进行循环冻融试验，并在不同冻融循环温度 (-20 ℃、-30 ℃、-40 ℃、-50 ℃)作用下对试样进行单轴压缩试验和三点弯曲试验。结果表明：砂岩经过化学溶蚀和冻融循环作用下的劣化损伤模式主要受冻融循环温度及不同水溶液影响，在不同的水溶液中，单轴抗压强度、弹性模量、应力峰值和断裂韧度均随着冻融循环温度的降低而逐渐降低；HCl溶液浸泡后的砂岩损伤变量最大，而在对砂岩有修补作用的NaOH溶液中出现了负损伤的变化。     

硫酸盐侵蚀作用下混凝土细观破损机理研究

侵蚀环境下混凝土材料的内部孔隙空间分布特征与演化规律是材料破损机理及宏观力学性能研究的关键问题。采用X射线断层扫描技术(CT)对硫酸盐侵蚀与干湿循环耦合作用下混凝土的细观损伤过程进行实时扫描,在此基础上,结合图像处理与三维重构技术开展了混凝土内部孔隙结构的空间分布特征与演化规律研究,并通过提出的孔隙分区的方法深入研究了材料细观破损特征和机理。结果表明:宏观上试样质量、抗压强度均呈现规律性变化,溶液中钙镁离子浓度有明显的累积性趋势;细观上试样孔隙率随侵蚀时间的增加呈先减小后增大的变化,单轴抗压强度与孔隙率大体上呈负相关关系。同时,混凝土试样不同分区内孔隙率演化规律各不相同,但总体呈现先减小后增大的趋势,侵蚀作用深度随侵蚀时间不断增长。结论可为深入研究硫酸盐侵蚀下混凝土材料细观破损机理提供依据。     

硫酸盐与冻融环境下混凝土损伤破坏准则研究

为了有效评估硫酸盐与冻融环境下混凝土力学性能,通过试验研究了硫酸盐侵蚀与冻融循环共同作用下的混凝土力学性能退化规律,并基于连续损伤力学理论和Ottosen四参数破坏准则,建立了考虑冻融循环次数的混凝土损伤破坏准则。结果表明:随着冻融循环次数增加,混凝土峰值应力、弹性模量不断下降,峰值应变逐渐增加,混凝土拉压子午线逐渐向静水压力轴移动,劣化混凝土破坏面随损伤增加逐渐收缩,混凝土抗裂性能降低。硫酸盐溶液种类对混凝土拉压子午线影响明显,在相同冻融循环时间内,硫酸镁溶液中混凝土拉压子午线收缩程度更加明显,说明硫酸镁溶液中混凝土劣化损伤更严重。     

轻型方钢管再生混凝土柱轴压力学性能试验研究

进行了6个方形截面轻型钢管再生混凝土柱轴压力学性能试验,分析了混凝土材料类型,钢管壁厚及填充再生混凝土等参数对试件承载力,荷载-变形关系、荷载-应变关系、耗能及破坏形态的影响。研究结果表明:轻型方钢管再生混凝土柱轴压破坏时未发生明显弯曲破坏;在空钢管试件中填充再生混凝土可有效提高结构承载力和延性能力,但随着再生骨料取代量的提高,提高效果有所降低;轻型方钢管再生混凝土柱具有良好的承载力和延性,可应用于实际工程。     

再生混凝土及钢骨短柱高温后的加固行为研究

研究了0%,50%和100%的3种再生骨料替代率下,再生混凝土的基本物理和力学性能,分析了钢骨再生混凝土短柱的高温性能及其加固行为,得到了不同再生骨料替代率、不同温度和CFRP加固下钢骨再生混凝土的承载力、位移和应变响应,建立了高温后(500℃)钢骨再生混凝土短柱弹性模量和抗压强度之间的理论关系。结果表明:在CFRP加固下,替代率为50%的试件具有最大的承载力,温度升高,试件承载力急剧降低,而CFRP加固能有效提高试件的承载力、刚度,延性有所降低,其破坏模式比未加固试件有明显改变。     

城市河道淤泥固化土干湿耐久性试验研究北大核心CSCD

淤泥固化土的干湿耐久性是其资源化利用中长期服役性能的重要指标。本文选取有机质含量分别为7.7%(S淤泥)和11.7%(Z淤泥)的两种典型城市河道淤泥,掺入水泥及新型固化剂进行固化处理,通过干湿循环试验及无侧限抗压强度试验研究了不同种类的固化剂及其掺量对淤泥固化土干湿耐久性的影响。试验结果表明:在水泥掺量较低条件下(S淤泥对应5%、Z淤泥对应5%和10%),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加逐渐下降,且第1次循环的下降幅度最大,随后下降幅度明显减小;在水泥掺量较高条件下(S淤泥对应10%以上、Z淤泥对应15%以上),淤泥固化土的抗压强度随干湿循环次数增加先增大后下降,且峰值强度对应的循环次数具有随水泥掺量的增加和有机质含量的减少而增加的趋势,淤泥固化土抗压强度随干湿循环作用的变化规律是劣化效应和养生修复效应协同作用的结果。总体来说,淤泥固化土随着水泥掺量的增加,其干湿耐久性显著提高。新型固化剂达到掺量10%时淤泥固化土的干湿耐久性介于水泥掺量15%~20%淤泥固化土之间,显然新型固化剂处理城市河道淤泥优于水泥固化的效果。这一研究为城市河道淤泥固化处理提供了一种新的处理技术。     

BFRP约束损伤混凝土棱柱体轴压力学性能研究

为研究玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer， BFRP)约束有初始损伤的混凝土棱柱体的轴压力学性能，对37个边长150 mm、高300 mm的混凝土棱柱体进行了轴压试验，其中包括34个BFRP约束混凝土试件和3个素混凝土试件，试验变量为BFRP层数(1、2、3、4和6层)和初始损伤程度(轻微、中等和严重损伤)，试验结果表明：BFRP约束棱柱体的抗压强度和轴向变形能力随FRP约束层数的增加而提高，特别对变形能力的提高更为明显；初始损伤程度对BFRP约束试件的峰值点以及极限点的强度影响较明显，但对极限应变影响较小；当BFRP层数为2层及以下时，BFRP约束棱柱体的应力—应变曲线有明显软化段，当BFRP层数为4层及以上时，应力—应变曲线开始有明显强化段。基于试验结果，提出了考虑初始损伤影响的BFRP约束混凝土棱柱体的强度模型和应变模型，并分别给出了弱约束和强约束下的应力—应变关系模型，模型预测结果与试验结果吻合良好。     

钢管再生混凝土框架抗震破坏机制与性能水准研究

为了研究钢管再生混凝土框架的抗震破坏机制与性能水准,以100%为再生粗骨料取代率,进行了两榀圆、方钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件的拟静力试验。实测试件的破坏特征与机制、荷载—位移滞回曲线和荷载—应变滞回曲线等,探讨钢管再生混凝土框架试件基于性能设计的性能水准的确立准则。结果表明:试件呈现出"强柱弱梁、强剪弱弯、强节点,弱构件"的抗震破坏机制。荷载—位移滞回曲线基本对称,呈现出比较饱满的梭形。试件破坏时,柱顶钢管纵向应变均小于屈服应变,柱底钢管纵向应变达到了0.01左右,试件变形能力良好。试件KJ-1和KJ-2梁端的纵向钢筋应变均超过了屈服应变,仅试件KJ-1箍筋应变达到了屈服应变。荷载—钢管横向应变滞回曲线沿着受拉应变轴呈螺旋式发展。基于钢管再生混凝土结构性能设计,划分五档性能水准,确立了水平位移角和损伤指标限值。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

滨海高水位下渗透性风化岩的损伤模型研究

滨海地区风化岩层中高地下水位对地下工程的影响是长期被关注的热点问题。从岩土材料应力-渗流-损伤完全耦合作用下的弹塑性特点出发,提出一种适用于风化岩层的流固耦合弹塑性损伤本构模型。考虑岩土材料抗拉性能和抗压性能的差异,选取修正的Mohr-Coulomb破坏准则作为岩土介质的塑性理论模型,采用有效应力空间进行应力-应变计算,把塑性计算与损伤计算进行解耦,并对有效应力进行谱分解,分析了拉、压不同状态应力下岩土体材料损伤演化的不同规律,利用得到的应力、应变和损伤变量,与介质的渗流参数建立相应的关系,实现了应力-渗流-损伤的完全耦合。此外,基于Abaqus软件平台及回映算法编制了相应的非线性程序,结合算例将所得计算结果进行了系统分析,初步验证了该理论的可靠与合理性。研究成果可为滨海城市中深基坑开挖诱发地层渗透破坏等灾害的控制提供理论依据。     

钢板组合PEC柱-削弱截面钢梁组合框架抗震试验研究

为深入研究PEC柱-钢梁组合框架结构体系的抗震性能,设计了1榀两层单跨钢板组合截面PEC柱-削弱截面钢梁组合框架1∶2缩尺试件,并对其进行了低周往复荷载抗震试验。根据实测数据整理,得到了试验滞回特征曲线,并结合试验过程现象记录,分析了试件滞回特性、抗侧刚度退化规律、节点连接性能、耗能与延性和试件破坏模式等力学性能。研究结果表明:试件结构具有较高的承载力和较大的抗侧刚度;采取梁端截面削弱方式可实现梁端塑性铰位置远离节点区,且端板对穿螺栓连接能有效将梁端受拉翼缘拉力转化为对应边对节点区的压力,使得节点区形成了混凝土斜压带传力模式,提高了节点区抗震性能;试件滞回曲线较为饱满,在梁翼缘与端板连接焊缝存在施工缺陷情况下,其整体侧移、延性系数和等效黏滞阻尼比分别达到3.50%(推)/4.50%(拉)、2.92(推)/3.21(拉)和0.306,且承载力仍未下降至其极限承载力的85%,即试件结构具有良好的变形、抗震延性与耗能能力;该试件在循环往复荷载下呈现的破坏模式为梁削弱截面部位和PEC柱脚相继形成塑性铰的塑性机构。     

钢-聚合物砂浆加固震损后砌体结构振动台试验研究

提出了一种适用于砌体结构的新型钢-聚合物砂浆组合加固方法,为研究该方法加固震损后砌体结构的抗震性能,设计了2层1/2缩尺振动台试验模型,对加固前(M1)试件和加固后(M2)试件进行振动台试验,对比分析了试件M1,M2的动力特性、加速度反应、位移反应和破坏形态。试验结果表明：采用钢-聚合物砂浆加固法可有效提高震损砌体结构的抗侧刚度,限制塑性损伤的发展,有效提高了震损后砌体结构的抗震性能。加固后试件(M2)一层变形较小,承载力主要由原结构墙体及砂浆面层提供,不同部位钢丝及洞口槽钢应变均处于较低水平,表明结构一层仍具有较高承载力安全储备。     

钢筋混凝土柱偏心受压性能的尺寸效应试验研究

为揭示钢筋混凝土偏心受压柱的力学性能随尺寸的变化规律,在5组不同偏心距、3种截面尺寸为(200×200)mm、(400×400)mm、(800×800)mm的钢筋混凝土柱偏心受压试验数据基础上,对比分析了试件几何尺寸及偏心距对破坏形态、承载力、峰值荷载下混凝土及钢筋应变、弯矩、变形能力的影响。结果表明:试件的屈服及峰值承载力均随偏心距的增大而减小,且峰值承载力随尺寸的增大而减小;峰值荷载下,混凝土应变随偏心距的增大而减小,钢筋应变随偏心距的增大而增大,且两者应变均随尺寸的增大而减小;试件的变形能力随偏心距的增大而减少,尺寸越大,延性越差。     

五边形钢管混凝土巨型柱偏压性能计算分析

以大连国贸中心大厦五边形多腔体钢管混凝土巨型柱为原型,为研究截面构造对其偏压性能的影响,进行了2个不同截面构造的巨型柱模型偏心受压性能试验。试件编号分别为CF-Ⅰ和CF-Ⅱ。CF-Ⅰ为五边形四腔体无钢筋笼截面试件,CF-Ⅱ为五边形四腔体带钢筋笼截面试件。试验得到了2个试件的承载力、荷载-变形曲线及损伤破坏特征等。利用ABAQUS有限元软件对各试件进行了数值模拟,计算结果与试验符合较好;在此基础上,分析了外钢管钢板厚度、对称轴分腔隔板厚度、周边竖向肋板厚度对柱偏压性能的影响。研究表明:加设钢筋笼可提高试件的承载力和延性;增加外钢管钢板厚度提高试件承载力和延性的比例,明显大于增加腔体对称轴分腔隔板厚度提高的比例;提高腔内周边竖向肋板的厚度,可明显减轻试件损伤。     

HFMRPC加固不同高宽比砌体窗间墙抗震性能试验研究∗

目前广大农村地区拥有大量不符合抗震要求的砌体结构房屋,因此,针对老旧砌体结构房屋进行加固是一门值得研究的课题。为了研究混杂纤维改良活性粉末混凝土（HFMRPC）加固不同高宽比砌体窗间墙的抗震性能,对 1 面作为对照组的未加固砌体墙和 3 面不同高宽比的面层加固砌体墙进行了低周往复荷载试验。对比分析了 4 面墙体的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线等抗震性能指标。试验结果表明：HFMRPC 面层加固能够有效提高墙体的承载能力,峰值荷载提高约 42%;HFMRPC 面层对砌体窗间墙具有良好的约束作用,能够有效提升墙体的延性,延性系数提升约 199%;HFMRPC 面层加固后墙体耗能能力显著提升,累积耗能约提升 98%;高宽比是影响墙体破坏模式的重要因素,随着高宽比的减小,砌体墙的承载能力提高,试件的破坏模式趋向于脆性破坏,相反随着高宽比的增大,砌体墙的耗能能力提高,试件趋向于延性破坏。根据试验结果进行了墙体抗剪、抗弯承载力计算分析,并提出了适用于 HFMRPC 面层加固的抗剪承载力计算公式,可为实际工程应用提供理论基础。     

泥化夹层压缩试验的损伤特征及损伤方程研究

泥化夹层的损伤破坏是影响边坡稳定性的重要因素,为研究其损伤机理,进行了不同围压条件下的压缩试验,通过试验数据和试样破坏外观分析损伤情况;利用CT扫描仪在试验不同加载时刻对泥化夹层进行实时CT扫描,结合MATLAB图像二值化处理,得到不同围压下泥化夹层损伤识别图像,反映了内部损伤发展情况;最后根据推广的应变等价原理,通过变形模量确定损伤变量,获得泥化夹层损伤变量与轴向应变的关系。结果表明:①泥化夹层强度普遍表现出随围压增加而增加的规律,破坏应变取为10%,由于泥化夹层自身组成及结构存在差异性,导致个别试样的强度规律不明显;②泥化夹层内部存在薄弱层,加载过程中会出现阶段性的小幅度塌缩,强度曲线上反映为阶段性的应变突增现象;③无围压和一定围压情况下的损伤破坏方式不同,无围压时为脆性破坏,裂缝萌生、开展,一定围压时表现为塑性破坏,泥化夹层被压缩,孔洞裂隙闭合,破坏方式改变临界围压介于0～50kPa;④通过本文方法建立的损伤方程与不同围压下的室内试验结果拟合良好,该方法合理可行。     

卷边PEC柱-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗倒塌机理数值模拟

为研究卷边PEC柱-钢梁组合框架中间层抗倒塌机理,以采用端板预拉对穿螺栓连接的新型卷边钢板组合截面PEC柱(弱轴)-钢梁(BRS)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行水平低周往复荷载下倒塌机理的数值模拟。基于计算数据,对比分析试件承载力、抗侧刚度、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力机理和破坏机构等抗震性能。结果显示:试件具有较大的承载能力和初始抗侧刚度;卷边PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓实现了部分自复位功效,而梁截面削弱满足了连接的转动能力和结构耗散地震能的需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面处出现塑性铰而使结构形成塑性机构,相应连接转角和试件中间层层间剪切角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好抗震延性和抗倒塌性能。