钢筋与混凝土界面的疲劳特性

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。针对建立的几何剪切筒模型和选取的常用实验加载方式,对3种不同损伤模型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;借助描述疲劳裂纹扩展的Paris公式,进一步研究和分析了界面疲劳脱粘速率及界面疲劳裂纹扩展长度与循环加载次数的关系;同时分析了材料刚度衰减对疲劳裂纹扩展速率和扩展长度的影响。笔者对钢筋与混凝土界面的疲劳特性研究所建立的损伤模型和分析方法,为混凝土结构的安全设计及其寿命评估提供一个新思路。     

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。     

循环载荷下煤裂隙演化试验研究

为了研究循环载荷下的煤体裂隙演化特征,在不同应力水平和不同频率条件下分别进行煤样破坏力学及声发射试验。结果表明:应力-应变曲线呈疏-密-疏的变化特征,对应的振铃数柱状图呈U型;上限应力点的应变值、累积能量、撞击计数均随循环次数增加而上升,曲线呈倒S型;煤裂隙演化经历了原始裂隙闭合、新生裂隙稳定发育和裂纹贯穿破坏等3个不同阶段;循环载荷的应力水平和加载频率对煤体疲劳寿命的影响具有差异性,对煤体裂隙演化和破坏模式均有明显影响。     

交通荷载作用下饱和软基的模型试验及变形分析

采用自行研制的油压式循环加载系统室内模拟交通荷载的作用 ,对饱和软粘土地基的变形性状进行了大比尺的室内模型试验 ;考虑了饱和软基的固结状态、循环应力比的大小对竖向永久变形的影响 ;得出了饱和软粘土地基的临界循环应力比和竖向永久变形及孔隙水压力随加荷周数和固结状态的变化规律 ;模型试验及变形分析研究 ,对交通荷载下饱和软基的工后沉降计算具有重要参考价值。     

不同应力比的循环荷载下砂岩变形损伤特性研究*

为探究循环荷载下砂岩试件的变形损伤特性,开展3种不同幅值下的循环加卸载试验,分析应力比对砂岩变形损伤与能量耗散特性的影响规律。结果表明:应力比越大,相邻加载段应变差越大,部分高应力下不可恢复的变形在低应力时有所恢复;当应力比为0.50和0.67时,各循环泊松比相差不大,介于0.231~0.247之间,而当应力比为0.88时,泊松比随循环数有增加趋势;应力比越大耗散能占比越大,试件吸收并转化为用于自身损伤的能量越大。高应力循环荷载下试件损伤逐渐积累,在衡量试件损伤变化时采用的耗散能只考虑了轴向残余应变与应力,忽略了径向变形的影响。     

楔刀不同加载速率条件下细砂岩裂纹扩展研究

为提高西部竖井钻井法楔齿滚刀钻进细砂岩的破岩效率,开展西部弱胶结砂岩XRD与SEM试验,微观结构验证PFC2D模拟试验细观参数标定结果,探讨不同加载速度工况下弱胶结砂岩拉、剪裂纹形成,破岩阻力变化及破岩机理、破岩效率。研究结果表明：胶结物是加卸载段生成的微宏观裂纹萌生、扩展的通道,贯入速率超过0.01 m/min以上,将导致更大的动力效应、更大的应力集中(楔刀贯入)和应力波(密实核应力膨胀)传播,岩石内部的应力集中区域扩展,产生部分无效裂纹。贯入速率0.02 m/min平均贯入力是贯入速率0.01 m/min平均贯入力的1.64倍;贯入速率为0.01 m/min时取得最小胶结破坏比能耗,与可可盖矿中央回风立井施工现场钻进速率非常吻合。研究结果可为西部弱胶结砂岩楔齿滚刀破岩提供参考。     

基于紧凑拉伸试验的含缺陷燃气管疲劳寿命预测分析

为分析预测含缺陷燃气管道的疲劳寿命,实现燃气管道分类分级监测和维护。在理论分析含缺陷管道疲劳寿命预测模型的基础上,通过MTS电液伺服疲劳试验机测试获得同一应力比下4种不同应力强度因子的疲劳裂纹扩展速率,进而构建含缺陷燃气管道疲劳寿命的实用模型。以安徽淮南天然气二气源管道工程实际参数为例,预测分析类似条件下含缺陷燃气管道的疲劳寿命,为燃气管道监测维护与分类分级管理提供可靠依据。结果表明:管道的疲劳寿命与裂纹深度变化近似成线性关系,与内压幅值变化近似成指数为负的幂函数关系,且管道输送压力变化幅值不应超过1.5 MPa。     

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。     

循环载荷下煤样变形及声发射特征试验研究

为预防煤岩动力灾害,有必要研究煤样在疲劳破坏过程中应力水平对裂隙演化的影响。采用岩石力学试验机与全信息声发射信号分析仪组成的试验系统,研究不同应力水平循环作用下煤样的变形和声发射特征,并探讨声发射参量与裂隙演化的关系。结果表明:在等幅循环载荷下,煤样的变形过程有减速、匀速和加速3个阶段,滞回曲线呈现疏-密-疏的变化规律,并且滞回环的疏密程度及疲劳寿命与上限应力水平正相关;循环过程中煤样的声发射特征也表现出明显的阶段性,可分为降低、稳定和升高阶段,且应力水平越高,各阶段的声发射活动越剧烈;与声发射活动呈现的阶段性特征相对应,煤样裂隙演化过程可分为初始损伤、微裂纹稳定发展、裂纹贯通破坏阶段,并且随应力水平的增高,单次循环中煤样裂纹的萌生和扩展发育越快。     

裂纹宽度对分步压装装药撞击安全性的影响

针对装药裂纹与装药密度不均匀两个因素耦合作用下分步压装装药撞击安全性缺乏系统研究的问题,利用大型落锤加载装置对具有不同裂纹宽度的分步压装药柱进行了撞击加载试验,并分析了试验前、后药柱内部应力和密度分布状态的变化规律,讨论了裂纹宽度对分步压装装药撞击安全性的影响机制。结果表明:当裂纹宽度小于1.0 mm时,带裂纹分步压装药柱的撞击安全性均优于无裂纹药柱;但当裂纹宽度达到1.5 mm时,其撞击安全性明显降低。这主要是因为在撞击加载条件下,当裂纹未扩展时,裂纹区域的闭合过程能够吸收部分落锤撞击能量,减弱炸药颗粒径向流动趋势,进而降低"热点"形成的几率;而当裂纹发生扩展时,在裂纹扩展区域极易引发"热点"形成,使分步压装药柱的撞击安全性降低。可见,随裂纹宽增大,分步压装装药中裂纹所起的主要作用发生变化,从而导致装药的响应结果不同。     

花岗岩颗粒流模型循环压缩作用下裂纹特征分析

为了分析花岗岩颗粒流模型循环作用下的裂纹特征，基于花岗岩单轴压缩试验得到的应力应变曲线，完成了PFC3D数值试验的参数标定，探讨了不同循环次数下数值试件内部裂纹数目、分布和角度的变化规律。研究结果表明:平行黏结模型能够正确表达花岗岩的主要力学性质；在数值试验加载至破坏过程中，裂纹数目以应力应变曲线峰值点为分界，峰后阶段产生的裂纹数占总裂纹数的60%~90%;张剪裂纹最初产生于试件两端，随着加载进行，裂纹向着试件中部发展贯通，最终形成宏观剪切破坏带；剪切裂纹的角度分布方向明显，与轴向加载方向相同；张拉裂纹角度分布则在轴向加载方向和水平方向上略显集中。研究结果可为矿山安全回采矿柱提供依据。     

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     

钢筋混凝土框架电算结果的人工调整

根据钢筋混凝土多层框架的设计经验和设计规范，对如何调整电算结果中的梁，柱截面尺寸，配筋率，裂缝宽度和梁，柱配筋等问题进行探讨，并提出相应的建议。     

钢管混凝土格构式柱受力性能研究

为研究不同含钢率对钢管混凝土格构式柱受力性能的影响,对4个不同含钢率试件在单向水平荷载和水平循环荷载作用下进行了非线性有限元分析.结果表明:含钢率对钢管混凝土格构式柱的刚度影响比较显著.随着含钢率的增加,钢管混凝土格构式柱无论在弹性阶段还是在非线性强化阶段,其刚度均有所提高,承载能力和极限位移也同时提高.但是当含钢率增大到一定程度,再增加含钢率,钢管混凝土格构式柱的极限承载力和刚度提高的幅度反而会降低.延性性能和耗能性能增加的幅度也同时会降低.为提高结构的安全性和可靠性,实际工程钢管混凝土格构柱的设计过程中,要控制合理的含钢率.