钢筋与混凝土界面的腐蚀疲劳

腐蚀疲劳是钢筋混凝土结构破坏的主要因素之一。基于剪切筒模型及文中选用的实验加载方式 ,引入界面摩擦系数衰减表达式 ,同时考虑力学因素———应力比R和加载频率 f的影响 ,研究了钢筋与混凝土界面在拉 -拉循环荷载作用下腐蚀疲劳裂纹扩展情况。通过对Paris公式的修正 ,借助能量耗散率给出腐蚀疲劳数学模型 ,得到了界面腐蚀疲劳脱粘速率 ,脱粘长度与循环荷载作用次数的关系。最后与无腐蚀情况的结果进行比较 ,分析了影响界面腐蚀疲劳 (CF)裂纹扩展速率的因素 ,如应力比 ,加载频率。     

钢筋混凝土界面的疲劳损伤

钢筋与混凝土界面的脱粘是钢筋混凝土材料与结构的主要失效形式之一。针对笔者建立的几何剪切筒模型和选取的常用实验加载方式 ,推导出循环荷载作用下钢筋与混凝土界面脱粘应力解析模型 ,借助断裂力学的基本理论 ,进一步研究和分析了界面疲劳脱粘速率及界面摩擦剪应力与循环加载次数的关系 ,同时考虑了泊松比对疲劳特性的影响 ,为混凝土结构的安全评估提供一个新思路。     

隔水管脉动冲击疲劳损伤磁记忆检测试验研究

为研究深水钻井过程中隔水管疲劳失效的检测问题,将磁记忆技术应用于隔水管疲劳损伤检测。选用典型隔水管材料X80开展脉动冲击疲劳损伤磁记忆检测试验,使用光学显微镜观测试样表面形貌并测量裂纹长度;采集试样表面切向磁记忆信号并提取特征参数,建立基于磁记忆技术的疲劳损伤定量评估方法。研究结果表明:对比显微观测结果,切向磁记忆信号特征参数变化能够实现对疲劳损伤进程的准确表征且能够准确地检测裂纹的萌生及失稳扩展;切向磁记忆信号波谷值绝对值和梯度峰峰值绝对值均与裂纹长度呈线性递增关系。该方法可为进一步研究基于磁记忆技术的隔水管疲劳损伤早期诊断方法提供理论与数据支撑。     

车用CNG2气瓶低周疲劳的微观损伤机理研究

车用CNG2气瓶在反复充放气过程中易造成气瓶疲劳断裂失效,而目前关于金属内胆的微观损伤机理尚不清晰。在对某型号CNG2气瓶开展20000次循环加压疲劳试验基础上,运用场扫描电镜(SEM)观察了内胆不同部位的微观组织结构,探讨了其疲劳微观损伤机理。研究结果表明:金属内胆由于发生循环软化,在基体中形成了大量的局部循环塑性变形区,且随塑性应变累积而沿晶界或相界扩展;同时,位错运动诱导下的碳化物偏聚促进了晶界粗化,削弱了晶界的连接强度,最终局部循环塑性变形区彼此连接并逐步与基体脱离,从而萌生裂纹。最后基于微观损伤机理提出,金属内胆的材料冶金、成型及热处理后形成的碳化物颗粒细化及均匀分布程度,对于提高金属内胆的疲劳寿命具有重要意义。     

基于损伤-断裂力学理论的起重机疲劳寿命估算方法

鉴于断裂力学无法估算裂纹形成寿命及难以确定其初始裂纹尺寸,提出将损伤力学与断裂力学相结合共同估算起重机疲劳寿命的思想。针对Paris公式应用的局限性,提出将裂纹扩展率与应力强度因子幅对数线性阶段的某一裂纹尺寸作为裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命的分界点。用损伤力学估算疲劳裂纹的形成寿命,用断裂力学估算疲劳裂纹的扩展寿命,两者寿命之和构成起重机的疲劳全寿命。这样做既能避免断裂力学寿命估算中确定初始裂纹尺寸的混乱现象;又能确保Paris公式应用在裂纹扩展率与应力强度因子幅的对数线性阶段。试验验证结果表明,估算疲劳全寿命和试验寿命基本吻合。     

钢绞线锈蚀导致的混凝土开裂预测模型

为了研究钢绞线锈蚀对混凝土锈胀开裂的影响,通过加速锈蚀试验得到了6片不同锈胀裂缝宽度的混凝土梁,结合混凝土保护层锈胀裂缝宽度和锈蚀率等测试数据,对比分析了现有普通钢筋锈胀裂缝宽度模型的适用性。在此基础上,考虑开裂扩展速率及混凝土抗压强度的影响,建立了钢绞线锈胀裂缝宽度预测模型。结果表明:由于钢绞线是由7根钢丝相互捻指而成,钢丝之间会存在缝隙,且截面呈梅花状,与普通钢筋存在较大差异。现有的普通钢筋锈胀裂缝模型预测钢绞线锈蚀导致的混凝土开裂误差较大,超过53%;所建立的预测模型计算值与实测平均裂缝值的误差为12.1%,能够较好地模拟平均裂缝宽度与锈蚀率的关系。     

冷加载循环作用下煤样强度特性研究

为研究煤样强度与冷加载周期、表面裂隙宽度和裂隙体积变化量之间的关系,实验采用液氮作为制冷剂,对水饱和煤样进行1~5周期循环浸泡冷加载,使煤样原生裂隙结构发生损伤,通过拟合多项式揭示周期、表面裂隙宽度和裂隙体积变化量作为损伤因子对裂隙结构的损伤规律,构建损伤判据。结果表明:煤样随着循环冷加载周期的增加,表面裂隙宽度由微观向细观和宏观演化;循环冷加载4个周期为煤样冻裂和抗压的强度极限,2个周期为煤样裂隙饱和水吸附能力极限;冷加载对煤样的原生裂隙结构作用显著,使裂隙在膨胀拉应力作用下发生扩展,同时水结冰体积膨胀,对裂隙结构损伤产生了重要作用。     

基于混凝土循环剥落的隧道火灾损伤数值模型研究

为研究混凝土高温剥落对隧道衬砌火灾损伤的影响,在现有隧道结构非线性瞬态热—力耦合有限元模型基础上,提出1种在火灾高温条件下混凝土发生剥落的循环算法,以模拟火灾下衬砌结构截面面积的损失,并引入混凝土临界剥落温度的概念,得出基于混凝土循环剥落的隧道衬砌火灾损伤数值模型建立流程。利用该模型对某隧道衬砌结构进行火灾损伤模拟,并与试验结果进行对比验证。结果表明:火灾下隧道混凝土衬砌结构内逐渐增大的热应力是导致普通混凝土高温剥落的主要原因;可将衬砌受火面是否达到临界剥落温度作为隧道发生高温剥落的充分条件进行火灾损伤分析;模型求解所得的数值模拟结果与现场火灾试验数据基本吻合,验证了其可行性;混凝土高温剥落与否对衬砌结构等效温度应力有较大影响,在隧道衬砌结构抗火性能分析过程中应尽量考虑混凝土高温剥落造成的影响。     

基于VP-MFC的采煤机摇臂系统齿轮性能退化可靠性分析

齿轮作为采煤机摇臂系统的关键零件,其性能退化对采煤机的工作可靠性有着重要影响。建立了采煤机摇臂系统的刚柔耦合虚拟样机（VP）模型,基于仿真结果,计算得到温度载荷,应用ANSYS对摇臂系统的薄弱齿轮副进行多场耦合（MFC）分析,得到了齿轮的温度场及结构场云图。建立引入裂纹后的齿轮有限元模型,利用FRANC3D对其进行断裂裂纹扩展数值模拟,得到了齿轮的裂纹前缘应力强度因子、扩展轨迹与疲劳寿命。提出以齿轮的裂纹扩展疲劳寿命和可靠度为退化指标的定量评估方法,结果表明齿轮性能退化成指数分布。将虚拟样机、多场耦合与断裂力学相结合,为齿轮性能退化可靠性研究提供了新的方法。     

混凝土箱梁水化热温度损伤安全评价模型研究

目前混凝土箱梁0#块在施工过程中出现水化热温度冲击和裂缝现象,严重影响混凝土箱梁结构早期强度的形成以及结构的安全性能.综合考虑混凝土水化热温度荷载和弹模的时变效应,给出时域损伤函数;根据变权分析原理,确定敏感损伤和累积损伤,建立混凝土水化热温度损伤安全评价模型;对混凝土箱梁0#块水化热温度损伤进行三维数值仿真,总结水化热温度损伤时变效应规律,对早期含水化热温度损伤参数的混凝土箱梁结构安全性能进行分析评价.结果表明:混凝土水化热反应速率、水化热温差峰值与损伤速率敏感度、累积损伤敏感度同步.温差峰值过大、水化热反应速率过快,敏感损伤度和累积损伤度增大,安全指标降低,易形成温冲,产生裂缝,导致整体破坏.通过时域损伤函数和安全评价模型可及时分析计算混凝土箱梁0#块的安全指标,指导混凝土箱梁0#块安全施工.     

高强与高性能混凝土的收缩与开裂

高强与高性能混凝土胶结料用量较多,砂率较大,粗骨料用量相对较少,因此若处理不妥易出现混凝土早期开裂现象.通过圆环法试验,研究分析高强与高性能混凝土易于开裂的原因及主要影响因素,对商品泵送混凝土配合比的优化提出了建议.同时采用不同的混凝土收缩变形公式进行计算并将计算值与试验值进行了对比,探讨了适合于高强与高性能混凝土收缩变形的实用计算公式.     

预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析

结合某铁路大桥预应力钢丝锈断后梁体的受力性能分析,对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性评估方法进行了探讨。首先,用静载试验加载方法对腐蚀梁体进行了实桥试验,分别对每孔2片T型梁的跨中挠度、支座压缩量、跨中及L/4截面混凝土应力、内梁预应力钢丝锈断截面处的混凝土应力进行了测试;然后,对受腐蚀预应力混凝土桥梁进行了有限元分析。介绍了正常梁体和腐蚀梁体的有限元模型、有限元网格剖分建立。在预应力梁体的耐久性分析中,应重点考虑预应力筋锈蚀的影响,并给出了预应力筋的简化分析模型。通过对梁体有限元计算结果和试验值的比较,验证了计算模型基本上能准确地反映梁体的受力情况,说明可以采用有限元方法对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性进行评估。     

钢筋混凝土桥墩刚度和强度折减系数确定

为了解析地预测钢筋混凝土桥墩在反复荷载作用下的非线性滞回特性 ,笔者运用实验中得到的力 -位移滞回曲线 ,对随轴压比、配筋率和配箍率的变化而变化的刚度和强度折减系数 ,进行了回归分析 ,并提出了计算表达式。按照笔者的理论力 -位移滞回模型 ,能预测现存钢筋混凝土桥墩的刚度和强度折减情况 ,对桥梁钢筋混凝土桥墩的可靠性和抗震性能的检验 ,有实用价值     

混凝土抗爆墙防护性能的改进

借鉴国外模块化钢结构抗爆墙,根据我国当前工程实际情况,提出对传统混凝土抗爆墙进行改进的方案,以提高其安全防护性能。基于GB 50779—2012、SH/T 3160—2009的简支梁计算模型,对传统截面混凝土抗爆墙与新型抗爆墙的抗爆性能进行分析比较。就规范主要检验的变形指标,从理论分析和数值模拟两方面,对新型抗爆墙的抗爆安全性能进行了分析,并用经验公式及离散化求解方法对模拟结果进行了检验,确保了计算结果的可信性。结果表明,该改进方案是可行的,它能有效提高抗爆墙的安全防护性能。改进后的抗爆墙拥有更大的抗弯承载力,能够减小爆炸冲击时所产生的变形。波段高度越大,承载能力越高,刚度越大,跨中位移越小。改进方案具有良好的经济性,在设计承载力相同的情况下,新型抗爆墙消耗材料较少,并能减少因制作木模板而对环境造成的破坏。     

中空夹层钢管再生混凝土柱火灾后力学性能分析

基于ABAQUS建立中空夹层钢管再生混凝土短柱理论模型,进行受火后加载模拟,受火过程采用ISO-834标准升、降温曲线。进而探究柱构件在受火全过程中的温度分布规律和受火后的力学性能。并分析了受火时间、空心率、取代率、名义含钢率、钢管强度和混凝土强度等参数对柱构件剩余承载力的影响。结果表明:受火时间、含钢率、混凝土强度和钢材强度对构件剩余承载力影响较明显,空心率和取代率对构件剩余承载力影响较小;受火45 min和90 min后,空心率取33.90%能较大限度减轻构件自重,且具备良好的抗火性能。     

Muscle Tetanus and Loading Condition Effects on the Elastic and Viscous Characteristics of the Thorax

Thoracic deformation under an applied load is an established indicator of injury risk, but the force required to achieve an injurious level of deformation currently is not understood adequately. This article evaluates how two potentially important factors, loading condition and muscle tensing, affect the structural response of the dynamically loaded thorax. Structural models of two human cadaver thoraxes and two porcine thoraxes were used to quantify the effects. The human cadavers, which represent anthropometric extremes, were subjected to anterior loading from (1) a 5.1-cm-wide belt oriented diagonally (i.e., seatbelt-like loading), (2) a 15.2-cm-diameter rigid hub, and (3) a 20.3-cm-wide belt oriented laterally (i.e., a distributed load). A structural model having the mathematical formulation of a quasilinear viscoelastic material model was used to model the elastic and viscous response, with ramp-hold tests used to determine the model coefficients. The effect of thoracic musculature was assessed using similar ramp-hold tests on the porcine subjects, each with and without forced muscle contraction. Even maximally contracted thoracic musculature is shown to have a minimal effect on the response, with similar elastic and viscous characteristics exhibited by each subject regardless of muscle tone. The elastic response is shown to be approximately a factor of three stiffer for diagonal belt loading and for this distributed loading condition than for the hub loading, indicating that the response is influenced most by the particular anatomical structures that are engaged and, secondarily, by the area of load application. Specifically, shoulder involvement is shown to have a strong influence. The force relaxation is found to be pronounced, but insensitive to the loading condition, with long-time force relaxation coefficients (G_∞) in the range of 0.1 to 0.3. The findings of this study provide restraint-specific guidelines for the force-deflection characteristics of both physical and computational thoracic models.     

活性粉末混凝土(RPC)槽形梁模型破坏试验研究

活性粉末混凝土 (RPC)具有高强、高耐久性以及高延展性等特点 ,因此 ,RPC在桥梁中有很好的应用前景。但是当前对RPC桥梁的设计研究很少 ,笔者根据自行研制的RPC ,设计了预应力拼装结构的槽形梁模型 ;并进行了RPC槽形梁模型的破坏试验研究 ,以验证槽形梁模型的承载力及发现设计上存在的问题。通过对模型拼装、预应力张拉及模型加载的试验现象的介绍和对试验结果的分析可知 ,破坏时主梁底部的拉应力远没有达到RPC的抗拉极限强度 ,而主梁腹板和下翼缘连接处的局部承载力不足才是主梁破坏的真正原因。最后 ,在总结裂缝发展和模型破坏的原因的基础上 ,对进一步的模型设计提出了修改意见。     

Muscle tetanus and loading condition effects on the elastic and viscous characteristics of the thorax

Thoracic deformation under an applied load is an established indicator of injury risk, but the force required to achieve an injurious level of deformation currently is not understood adequately. This article evaluates how two potentially important factors, loading condition and muscle tensing, affect the structural response of the dynamically loaded thorax. Structural models of two human cadaver thoraxes and two porcine thoraxes were used to quantify the effects. The human cadavers, which represent anthropometric extremes, were subjected to anterior loading from (1) a 5.1-cm-wide belt oriented diagonally (i.e., seatbelt-like loading), (2) a 15.2-cm-diameter rigid hub, and (3) a 20.3-cm-wide belt oriented laterally (i.e., a distributed load). A structural model having the mathematical formulation of a quasilinear viscoelastic material model was used to model the elastic and viscous response, with ramp-hold tests used to determine the model coefficients. The effect of thoracic musculature was assessed using similar ramp-hold tests on the porcine subjects, each with and without forced muscle contraction. Even maximally contracted thoracic musculature is shown to have a minimal effect on the response, with similar elastic and viscous characteristics exhibited by each subject regardless of muscle tone. The elastic response is shown to be approximately a factor of three stiffer for diagonal belt loading and for this distributed loading condition than for the hub loading, indicating that the response is influenced most by the particular anatomical structures that are engaged and, secondarily, by the area of load application. Specifically, shoulder involvement is shown to have a strong influence. The force relaxation is found to be pronounced, but insensitive to the loading condition, with long-time force relaxation coefficients (G( infinity )) in the range of 0.1 to 0.3. The findings of this study provide restraint-specific guidelines for the force-deflection characteristics of both physical and computational thoracic models.