基于声发射技术的早龄期混凝土断裂性能

为探究早龄期混凝土的断裂性能,针对5种养护龄期(3、7、14、21、28 d)的混凝土试件,开展20根含预制裂缝的三点弯曲梁断裂试验,得到其荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线.基于该曲线,计算得到早龄期混凝土的断裂韧度(起裂韧度和失稳韧度)和断裂能.采用声发射(AE)技术,通过振铃计数和累计振铃计数与时间的关系曲线,探讨养护龄期对早龄期混凝土试件损伤断裂过程的影响;通过计算上升角(RA)和平均频率(AF),分析了早龄期混凝土的破坏模式.结果表明:早龄期混凝土的断裂韧度和断裂能均随着养护龄期的增加而增大,抗开裂能力提高,延性变差.当养护龄期由3 d增至14 d时,混凝土的断裂韧度和断裂能增速较快;当养护龄期由14 d增至28 d时,混凝土的断裂韧度和断裂能增速变缓.振铃计数和累计振铃计数均能较好地反映早龄期混凝土的损伤破坏过程,其中累计振铃计数的增速随着养护龄期的增加而减小.混凝土的剪切裂缝占总裂缝的比例随着养护龄期的增加而增加.

透水混凝土力学性能影响因素的研究进展与分析

为保证工程建设的安全性和有效性,充分了解不同因素对透水混凝土力学性能的影响机理,总结了近年来国内外关于水灰比、砂率、掺合料种类及掺量、骨料粒径等因素对透水混凝土力学性能影响的研究成果,分析了现有研究中存在的不足和尚未解决的问题,并基于透水混凝土细观损伤机理和力学行为,指出了未来进一步研究方向。

高性能箱型复合结构增韧模型与优化计算

为了深入揭示高性能箱型复合结构受力机理并有效提升结构整体性能,通过定义四种混凝土翼板模式开展高性能箱型复合结构增韧模型理论研究。通过建立剪力滞翘曲位移模型和界面滑移模式,推导出考虑剪力滞行为与界面滑移相互影响的控制微分方程,求得在均布荷载作用下的增韧模型理论解析解,进一步以界面滑移量、剪力滞系数、混凝土材料为韧性指标,对提出的增韧模型进行优化计算分析表明:II型增韧模型受剪力滞影响程度仅为0.04%~0.05%,混凝土材料用量节约35.00%,为四种模型中基于剪力滞与滑移耦合行为的最优高性能箱型复合结构增韧模型,便于为水利、土木工程韧性指标设计提供技术支撑。

再生骨料透水混凝土研究现状

透水混凝土是一种具有良好透水性和透气性的多孔材料,广泛用于海绵城市以及生态护岸建设。随着中国建筑业进入高速发展阶段,每年产生数量庞大的建筑垃圾成为阻碍城市发展的一大弊端。将废弃的混凝土块经过破碎、分级等加工手段重新加工成为骨料颗粒后回收再利用,是解决建筑垃圾问题的有效途径。分析了骨料、水灰比和外加剂对透水混凝土力学性能和透水性能的影响,建立了孔隙率与透水混凝土力学性能关系,探讨了孔隙曲折度和骨料粒径分层与透水混凝土堵塞机理的关系,总结了水泥增强、骨料改性和ITZ黏接强度等参量提高透水混凝土冻融耐久性的机理,为再生骨料透水混凝土研究的提供理论依据。

水闸安全类别划分影响因素及工程质量分级优化方法

针对水闸安全鉴定过程中存在的实际问题,通过解读《水闸安全评价导则》(SL 214—2015)中的相关规定,分析水闸工程安全检测质量、水闸主要功能变化与政策导向三个主要因素对水闸安全类别划分的影响,指出水闸安全类别划分存在的局限性和模糊性。考虑到水闸安全类别划分过程中存在专家主观性强、权重无固定标准和定性要素多等问题,基于模糊综合评价法和层次分析法,对水闸工程安全检测质量分级方法进行优化,根据确定的安全类别划分体系构建了模糊综合评价模型,实现了水闸安全检测质量指标的量化,为水闸安全类别划分及其正常运行管理提供决策依据。

基于人工神经网络方法的FRP增强混凝土断裂研究新思路

纤维增强复合材料(FRP)作为一种新型的增强加固材料,由于其强度高、质量轻、防腐蚀、耐疲劳、与混凝土粘结性能好以及便于施工等诸多优点,在混凝土结构修复加固领域得到了广泛的应用。近年来,随着人工智能(AI)的逐渐兴起,机器学习(ML)作为实现AI的一种途径,在水利、建筑等各行各业也得到了长足的发展。首先简单介绍了ML的基本原理,并通过对ML在混凝土结构工程中应用的系统回顾与总结,指出了传统试验和数值模拟分析中FRP增强混凝土断裂研究存在的一些难点和局限性,阐述了基于ML的人工神经网络(ANN)方法在处理混凝土结构问题中的优越性,认为采用ANN方法能够有效解决FRP增强混凝土断裂研究中难以解决的问题;其次,对ANN方法应用于FRP增强混凝土断裂韧度预测中的新思路进行了详细介绍,给出了ANN方法应用于FRP增强混凝土断裂韧度预测的具体流程,并对其流程中的一些步骤给出了建议;最后,对ML应用于FRP增强混凝土断裂方向的深入研究进行了展望,提出了ML应用于FRP增强混凝土断裂方向深入研究的相关问题。

某水利枢纽工程混凝土力学性能对比研究

为探讨大坝混凝土的相关力学性能及断裂特性,基于某水利枢纽工程提供的两种不同混凝土配合比(根据含水率的不同分别命名为C_(0.48)和C_(0.43))及现场粗细骨料,开展混凝土梁三点弯曲试验,测定其坍落度、抗压强度、劈裂强度等相关力学性能参数,并分析不同配合比对断裂面、起裂荷载与失稳荷载、临界有效裂缝长度及双K断裂韧度等断裂参数的影响。结果表明:C_(0.48)混凝土的坍落度大于C_(0.43)混凝土的坍落度,C_(0.48)混凝土的抗压强度和劈裂强度均小于C_(0.43)混凝土的;C_(0.48)混凝土断裂面的粗骨料较C_(0.43)混凝土断裂面凸出不明显;C_(0.43)混凝土的起裂荷载与失稳荷载、临界有效裂缝长度及断裂韧度均比C_(0.48)混凝土的要大,具有强度高、延性和韧性好的特点。

电致变色型智能可视化湿度系统

近年来,湿度传感器在食品安全、土壤监测等领域的应用引起了广泛关注。传统湿度传感器具有稳定性好、灵敏度高等优点,但大部分湿度传感系统通常采用有线连接和外接庞大设备来将湿度信号转换为可识别的波形,无法对湿度信息的变化进行实时的可视化监测。将湿度信息直接转换为肉眼可观测的颜色信号为上述问题提供了一种理想解决方案。本研究将湿度传感器与电致变色器件集成一体来制备智能可视化湿度指示系统,通过将湿度信号转换为电压信号来驱动电致变色器件(Electrochromic devices,ECDs),从而实现系统稳定可逆的颜色变化。采用三氧化钨(WO3)作为负极、锌箔(Zn)作为正极制备的ECDs会根据湿度传感器的输出电压的变化来转变不同的工作状态,从而产生肉眼可观测的颜色信号。采用紫外-可见分光光度计与电化学工作站对ECDs的电化学性能以及电致变色性能进行研究和表征。随后,通过示波器和湿度发生平台对调理电路性能进行分析。结果表明:智能电致变色型湿度指示器具有良好的稳定性和快速的响应性能,其中,着色时间与褪色时间仅为7.5和4.5 s,并且在300个循环后,光学调制幅度(ΔT)与初始值相比基本保持不变(保持率可达95%以上)。因此,这种设计新颖、结构简单的可视化湿度系统在人工智能、智能农业等领域具有广阔的应用前景。

基于数据库的无腹筋FRP筋混凝土梁受剪承载力误差分析

基于国内外已发表文献中的受剪承载力试验数据,建立了样本容量为461的无腹筋FRP筋混凝土梁受剪承载力试验数据库.综合分析了混凝土抗压强度、梁宽度、梁有效高度、剪跨比、FRP筋配筋率以及FRP筋弹性模量等6个因素对无腹筋FRP筋混凝土梁受剪承载力的影响,并对各规范建议公式以及各修正计算公式预测效果进行评价.结果表明,各计算方法对尺寸效应和剪跨比的考虑并不一致,均存在不同程度的保守计算,各因素与受剪承载力之间存在较好的相关性.在各规范建议公式中,CSA/CAN-S806-2012的预测效果较为准确,ACI440.1R-2015的预测效果最为保守,CNR-DT203-2006的安全度最低.在各修正计算公式中,Ahmed-2021的预测效果较为准确,Alam-2013最为保守,Mari-2014的安全程度最低.

基于解析方法的FRP增强混凝土梁失稳前断裂过程分析

为研究FRP增强混凝土梁失稳前断裂过程,该文基于混凝土断裂力学理论和非线性FRP-混凝土界面粘结滑移规律,建立了一个跨中裂缝导致界面脱粘的粘聚区模型,采用解析方法推导了FRP增强混凝土梁界面剪切应力、FRP拉应力以及失稳前断裂韧度的公式,为分析FRP-混凝土界面脱粘提供了一种有效的方法,并开展了动态荷载下4种不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4和0.5)的FRP增强混凝土梁三点弯曲试验。结果表明,FRP增强混凝土梁的起裂荷载和阻裂荷载随着初始缝高比的增大而逐渐减小,但初始缝高比为0.4时,试件起裂最晚;起裂韧度和阻裂韧度不随初始缝高比的变化而变化,表现出与其他文献类似的规律,验证了断裂韧度解析解的正确性。

不同初始静载混凝土轴向拉伸试验研究

为研究混凝土材料的动态性能,利用MTS-810NEW液压伺服试验机对尺寸为100 mm×100 mm×510 mm棱柱体混凝土材料试样进行了初始静态荷载为0~20 k N的动态轴向拉伸试验,研究了混凝土材料经历不同初始静态荷载后的动态拉伸破坏特征、应力应变关系和动态抗拉强度。结果表明:荷载值由静态过渡到动态荷载时,混凝土材料的动弹性模量发生较大变化,且随着初始静态荷载值的增加,混凝土材料动弹性模量有增大趋势;混凝土材料动态应力应变关系曲线中,峰值应力所对应的应变值与初始静态荷载值无关;随着初始静态荷载的增加,混凝土材料动态拉伸破坏断面面积逐渐增大,且粗骨料被拉断的数目随着初始静态荷载的增加而先增加,后趋于平稳;随着初始预加静态荷载值的增加,混凝土材料的动态轴向拉伸强度先增加,然后趋于稳定。

不同初始损伤混凝土动态轴向拉伸试验研究

利用MTS-NEW810动态试验机,通过对30根混凝土棱柱体试件施加应力幅值为1 kN到5 kN、频率为5 Hz、应变速率为10^(-4)/s的5组不同循环荷载,研究不同初始损伤对混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸特性的影响。研究结果表明,遭受初始损伤程度越严重,混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸破坏断面越整齐,且破坏断面粗骨料被拉断数目越少;随着初始损伤程度的增加,混凝土棱柱体试件逐渐产生有不可恢复变形,随着损伤程度的增加,不可恢复变形的增幅明显增大;初始损伤程度对混凝土棱柱体试件动态拉伸应力应变关系曲线上升段影响较小;混凝土棱柱体试件动态轴向拉伸强度和峰值应变均受初始损伤程度影响不大。

FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁断裂参数的影响

为探讨纤维增强复合材料(FRP)加固带裂缝混凝土结构的最优性价比,采用损伤断裂试验,研究了FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁试件断裂参数的影响.通过在混凝土三点弯曲梁试件表面粘贴应变片,测试了FRP加固混凝土开裂破坏起裂荷载;利用夹式引伸计测得荷载-裂缝口张开位移曲线,根据改进的断裂韧度计算公式,计算出FRP黏结长度不同的混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c,失稳韧度K■和起裂韧度K■.结果表明:对于相同初始裂缝深度的混凝土三点弯曲梁试件,FRP加固混凝土的峰值荷载随着FRP黏结长度的增加而增大,K■和K■均随着FRP黏结长度的增加先增大再减小,当FRP黏结长度为25mm时,FRP加固混凝土三点弯曲梁试件K■和K■的平均值均达到最大,阻裂效果最佳;采用声发射(AE)无损检测技术,对上述混凝土断裂过程中的声发射参量进行识别和采集,发现对于初始缝高比为0.4的FRP加固混凝土三点弯曲梁试件而言,其FRP最佳黏结长度为25mm.

非标准钢筋混凝土三点弯曲梁双K断裂特性

以双K断裂理论为基础,基于标准钢筋混凝土三点弯曲梁断裂特性,推导了非标准钢筋混凝土三点弯曲梁断裂参数计算公式.开展了非标准钢筋混凝土三点弯曲梁试件断裂试验,研究了其断裂参数的变化规律.结果表明:试件荷载值随试件高度的增加而增大;而试件的亚临界扩展相对值、断裂韧度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度均不随试件高度的增加而变化,可认为是常数.

基于声发射信号表征混凝土断裂过程的异常现象

混凝土作为一种人工石材,由于浇筑过程的影响,其断裂破坏过程不可避免地存在一定随机性。利用声发射实时动态无损监测技术,分析了带预制裂缝混凝土三点弯曲梁试件裂缝扩展发生偏移和钢筋混凝土三点弯曲梁破坏荷载循环增减等特殊试验现象存在的客观性。试验分析发现,预制裂缝尖端粗骨料的存在,致使裂缝并非沿着预制裂缝直接向前扩展,而是出现绕道扩展的现象;配筋率过大时,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的破坏荷载值将维持在钢筋极限屈服强度附近循环变化。可见,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的失稳荷载取决于配筋率的高低。研究成果表明声发射技术可为开展混凝土损伤断裂试验提供一种新的研究手段。

龄期和试件尺寸对钢纤维混凝土抗折强度影响试验

以研究试验龄期和试件尺寸对钢纤维混凝土抗折强度的影响为目的,通过不同尺寸、不同钢纤维体积率混凝土试件的抗折强度试验,研究了钢纤维混凝土试件之间的强度关系,并按照定义的抗折强度尺寸效应计算方法,求得不同尺寸试件之间的抗折强度尺寸效应值。结果表明,相同试验龄期内,钢纤维混凝土的抗折强度较普通混凝土均有所提高;钢纤维混凝土抗折强度受到龄期、钢纤维体积率和试件尺寸的影响;不同尺寸混凝土试件之间存在有一定的抗折强度尺寸效应值。为试验龄期和试件尺寸对试件结果具有显著影响提供了可靠的理论依据。

FRP加固混凝土研究现状与展望

纤维增强复合材料(FRP)是一种高性能新型结构材料,近年来在混凝土结构加固修复领域中得到了广泛的应用。综述了国内外学者对FRP加固混凝土的研究现状,介绍了FRP材料的分类以及FRP片材的优点,总结了基于断裂力学的6种FRP与混凝土界面黏结滑移模型,在此基础上,归纳总结了FRP加固混凝土中存在的不足,并对未来FRP加固混凝土研究方向进行了展望。

不同类型混凝土断裂特性研究

通过对国内外现有7种断裂模型的分析总结,结合我国实际国情,引出了由我国学者徐世教授提出的双K断裂模型,参照我国《水工混凝土断裂试验规程》给出的两种常见断裂测试试验方法(楔入劈拉法和三点弯曲梁法)中起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的计算过程,总结前人的研究成果,详细介绍了普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土、纤维混凝土4种常见混凝土的断裂性能。

不同配筋率对钢筋混凝土三点弯曲梁断裂韧度的影响

为深入了解配筋率对钢筋混凝土断裂韧度的影响,制作了3组12根带预制裂缝的钢筋混凝土三点弯曲梁并做了断裂试验,根据试验导出了钢筋混凝土三点弯曲梁试件断裂参数解析计算公式,分析了不同配筋率对钢筋混凝土三点弯曲梁断裂韧度的影响程度。结果表明,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的开裂荷载主要由混凝土主体结构所决定,最大荷载主要由混凝土内部配置的钢筋情况所决定;裂缝亚临界扩展相对值随着配筋率的增加呈线性增加;配筋率的变化对失稳断裂韧度有一定影响,但对起裂断裂韧度影响不大;配筋率的增加,可有效提高试件的韧性和抵抗失稳破坏的能力。

龄期和试件尺寸对钢纤维混凝土抗压强度的影响

测定了不同尺寸、不同钢纤维体积率混凝土试件的各龄期折后抗压强度,并按照定义的抗压强度尺寸效应计算方法,求出了不同尺寸试件之间的抗压强度尺寸效应值。结果表明,相同龄期内,钢纤维混凝土的抗压强度较普通混凝土有所提高;钢纤维混凝土的抗压强度受到龄期、钢纤维体积率和试件尺寸的影响;不同尺寸混凝土试件之间存在一定的抗压强度尺寸效应值。