开口型压型钢板-ECC组合楼板受力性能试验研究及数值模拟

为研究开口型压型钢板-工程增强水泥基复合材料(ECC)组合楼板的受力性能,对开口型压型钢板-ECC组合楼板试件进行静力加载试验及数值模拟,研究了试件破坏模式、端部滑移、荷载-挠度曲线、压型钢板应变分布及承载能力;利用ABAQUS有限元程序对试件受弯承载性能进行模拟,数值模拟结果与试验结果符合较好;在此基础上,分析了ECC截面高度、ECC抗拉强度、压型钢板厚度及剪跨比对组合楼板受弯承载性能的影响。基于ECC受拉应变硬化特性,建立了考虑ECC受拉作用的开口型压型钢板-ECC组合楼板受弯承载力计算公式。结果表明:对于纵向剪切破坏的试件,压型钢板的受拉作用未得到完全发挥,加载后期试件端部发生明显滑移;在其他参数相同的情况下,端部配置栓钉及抗剪钢筋的试件发生弯曲破坏,压型钢板达到全截面屈服,其峰值承载力为纵向剪切破坏试件的2.1倍~2.31倍;ECC截面高度在几个因素中对组合楼板受弯承载力的影响最为显著;所建立的计算公式能够较好地预测该类组合楼板的受弯承载力。

ECC-混凝土叠合梁弯曲试验及裂缝发展的分形表征

为明确ECC(工程纤维增强型水泥基复合材料)-混凝土叠合梁抗弯性能及影响参数,并定性表征裂缝发展情况,设计、制作11根不同材料强度等级、配筋率、ECC层厚度、PVA纤维体积掺量的ECC-混凝土叠合梁及3根不同混凝土强度等级的混凝土梁进行四点弯曲试验,研究承载力、延性及裂缝发展等情况,并基于分形理论及数字图像处理技术,采用分形维数对不同影响参数下的叠合梁裂缝发展规律进行表征。结果表明:ECC-混凝土叠合梁较相同材料强度和配筋率的混凝土梁极限承载力和抗裂性能明显更优;材料强度等级提高,模型梁承载力及延性均提高;适筋范围内,配筋率越小模型梁延性越好;ECC层厚度对模型梁的承载力及延性影响不大;PVA纤维体积掺量为2.0%时,裂缝整体分布更均衡。计算分形维数得到的叠合梁表面裂缝分布具有自相似性;加载过程中叠合梁的分形维数小于混凝土梁,与试验结果相符,梁表面裂缝分形维数在一定范围内随着材料强度等级、配筋率、ECC层厚度、PVA纤维体积掺量的增加而降低,分形理论结合数字图像技术求得的裂缝分形维数可作为叠合梁裂缝分布及受弯损伤程度的定性表征指标。

ECC疲劳损伤规律及微观结构研究

为研究工程水泥基复合材料(ECC,engineered cementitious composites)的疲劳规律并探究其损伤原因,利用疲劳试验机对ECC试件进行单轴拉伸循环加载试验,分析其疲劳规律及损伤界面微观形态。研究结果表明:ECC试件破坏规律与其累积轴向应变速率有关,在加载初始阶段,累积轴向应变会随着循环荷载作用次数增加而明显增大,随后进入稳定变形阶段;进一步加载将导致累积轴向应变快速增长,并最终导致试件断裂破坏;ECC的裂纹宽度发展呈现出中间低、两端高的趋势;ECC试件在循环荷载过程中初次开裂后,不会迅速进入破坏阶段,是因为纤维仍然具有抗拉能力,可继续承受循环荷载加载;通过对纤维-基体界面的微观分析发现,纤维与基体结合较好,可整体耗散能量,为ECC具有高疲劳性能的主要原因。

PVA-ECC材料抗压强度及收缩性的时变规律研究

PVA-ECC材料的长期力学性能对港口工程结构加固修复至关重要。通过PVA-ECC材料不同龄期试块的抗压强度试验和收缩性试验对其宏观力学特性的时变规律进行了研究。研究表明,2%PVA掺量的PVA-ECC材料的流动性差,其在港口水工结构加固工程中的适用性有待进一步研究。通过抗压强度试验可知,随着龄期的增加,1.5%PVA掺量和1.8%PVA掺量的试块抗压强度呈现抛物线上升的趋势,经180d养护后的试块抗压强度分别达到69.4 MPa和76.1 MPa,是C40混凝土试块强度的1.5倍和1.6倍,从抗压强度分析,两者均满足加固工程的强度要求。根据材料收缩性对比试验可知,随着龄期的增加,三种试块的收缩率在0~28 d期间变化剧烈,在28d后变化均趋于平缓,不同PVA掺量的试块收缩率均大于C40混凝土试块,而1.5%PVA掺量的试块与C40混凝土试块收缩率更接近。鉴于1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料流动性更能适应沿海港工结构加固的现场施工,同时,其收缩率与混凝土收缩率接近,且抗压强度足够高,因此,在港口工程结构加固修复中,推荐采用1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料。同时,基于试验数据拟合得到了适合不同配比、不同龄期PVA-ECC材料的立方体抗压强度计算公式,可用于PVA-ECC材料的强度预测。

基于AES与ECC混合算法的计算机网络通信数据安全加密方法

为了提高通信数据在计算机网络中的安全性,提出一种基于AES与ECC混合算法的计算机网络通信数据安全加密方法。通过时域分析,得到通信数据在计算机网络边缘的频率分布情况,根据通信数据中冗余信息的密度,离散化处理通信数据内的噪声,提取出通信数据的特征向量。根据通信数据的明文空间进行加密处理,计算出待加密通信数据的密文值,将计算机网络通信数据的加密过程约束成加密函数的计算,设定通信数据安全加密的约束条件,采用AES算法加密通信数据的明文,利用ECC算法加密AES密钥,将AES与ECC结合,生成通信数据的密钥密文,实现通信数据的安全加密。实验结果表明,所提方法能够保证通信数据在计算机网络中的安全,可以将通信数据加密后的受攻击指数控制在0.1以内,提高通信数据的加密效果。

ECC全包裹普通混凝土复合试件的力学性能

为综合利用工程用水泥基复合材料(ECC)在力学性能上和普通混凝土在成本上的优势,本工作提出了一种制备ECC全包裹普通混凝土复合试件的方法,通过进行抗压、抗拉及抗弯等试验系统研究了其基本力学性能,并采用数值分析方法对配筋复合梁进行了正截面受弯性能研究。结果表明:在复合试件受力破坏时,ECC和混凝土界面未出现滑移,两种材料黏结可靠实现了协同受力;相对普通混凝土试件而言,复合试件的抗压强度、抗拉强度及抗弯强度均有所提升,尤其是抗弯强度的提升最为显著,对于截面尺寸为100 mm×100 mm的梁,当ECC厚度分别为10 mm和15 mm时,抗弯强度可提高27.4%和57.1%;复合试件具有良好的延性变形能力,破坏后可保持一定的完整性,整体具备高韧性特征;与普通钢筋混凝土梁相比,配筋复合梁有效利用了ECC材料的性能优势,显著提升了配筋梁的承载和变形能力。

基于ECC算法的安全芯片增强双向匿名认证方法

为了解决现有芯片认证方案中,双向通信协议的合法性与唯一性无法保证,导致信息无法完整传输的问题,提出了基于ECC算法的安全芯片增强双向匿名认证方法。设计芯片安全增强结构,计算用户、权威机构密钥,验证传输信息可靠性,以此保证会话密钥分配的安全性。由发送端芯片A向接收端芯片B发送证书,实现证书交换。发送端芯片A根据一定概率推断出接收端芯片B的身份,结合字符实现双向隐匿。设计双向“挑战—应答”机制,根据响应协议,保证了双向通信协议合法性与唯一性,以及信息的完整传输。由实验结果可知,所研究方法在重放攻击情况下能完整传输信息,在口令猜测攻击情况下丢失了[2,7]、[4,5]、[5,5]、[6,6]位置的信息,不能完整传输。

基体材料对铁路沿线风积沙ECC性能影响研究

为解决沙漠戈壁地区河砂资源紧缺、运输成本高等问题,同时减轻沙漠铁路风沙灾害,开展沙漠铁路沿线原状风积沙制备地域性工程水泥基复合材料(ECC)的试验研究。通过正交试验探究了不同风积沙掺量(S/C)、粉煤灰掺量(FA/C)和水胶比对ECC性能的影响,对三点弯曲试验的试件进行了开裂形态及荷载-挠度曲线的比较,并对流动度、表观密度、力学性能以及韧性进行了极差分析,结合微观分析初步确定出合理的基体配合比;在此基础上进一步探究了不同粉煤灰掺量对ECC抗压性能、弯曲性能、拉伸性能和变形能力的影响。研究结果表明:风积沙对流动度、弯曲性能影响最显著,粉煤灰对表观密度、抗压性能影响最显著;当风积沙掺量为0.75、粉煤灰掺量为1.50、水胶比为0.34时材料的综合性能最好,即流动度、抗压抗折强度分别为:151 mm、50.1 MPa和17.3 MPa;粉煤灰掺量从1.50增加到3.50时,材料极限拉应变在2%~3.5%范围内波动,掺量为2.50时极限拉应变出现最大值3.5%;当掺量为3.0时轴拉试件裂缝宽度最小为100μm,此时裂缝数量最多、间距最小。风积沙掺量为0.75、粉煤灰掺量为1.5时纤维表面有明显划痕且附着水化产物,纤维在基体中能较好地发挥桥联作用;水胶比为0.36时基体密实度较低,对纤维的锚固作用会被削弱。研究为风积沙在沙漠地区铁路工程中制备高延性混凝土提供了一定的理论依据。

公路隧道喷射型ECC物理力学性能及其喷层稳定性

传统纤维增强水泥基复合材料(ECC)存在成本高、收缩大和应用场景局限等问题,且关于开挖扰动下公路隧道喷射型ECC层稳定性的研究尚不完善,此外缺乏对其工程应用后的监测评估。基于此,本文研究了公路隧道喷射型ECC的物理力学性能,分析了开挖扰动下围岩及喷射型ECC层的稳定性,并通过现场监测分析了其应用效果。结果表明:将脱硫石膏、混杂纤维、机制砂、膨胀剂和减缩剂引入ECC中,所研发的喷射型ECC物理力学性能满足公路隧道喷射混凝土的要求。基于数值模拟,当支护12 m后,喷射型ECC层的拉伸和压缩最大主应力较C25喷射混凝土(C25SC)层分别提高了36.8%、28.4%,并且其内侧拱顶的最大竖向位移较C25SC可降低3.15%,仅为1.23 mm。基于现场实测,在近似相同的围岩地质条件下,使用喷射型ECC较C25SC,能够降低10.26%的竖直沉降变形,此外其喷层表面未发现开裂、线状渗水等情况。因此,喷射型ECC在公路隧道支护领域具有广阔的应用前景。

ECC全包裹混凝土的抗硫酸盐侵蚀和抗冻性能

工程用水泥基复合材料(ECC)和混凝土组合构件在力学性能上体现出一定的优势,但目前缺乏对此类组合构件耐久性能的定性和定量评价。为研究该类组合构件的抗硫酸盐侵蚀和抗冻性能,采用二次浇筑方式制备出ECC全包裹混凝土组合试件,随后对混凝土、ECC和ECC全包裹混凝土试件进行了硫酸盐干湿循环和冻融循环试验,建立了耐久性损伤模型,并预测了服役寿命。结果表明,从抗压强度、表观状态和质量损失的变化规律来看,ECC全包裹混凝土试件相比普通混凝土试件抗硫酸盐侵蚀和抗冻性能均有显著提升,提升效果随包裹厚度的增大而提高。另外,ECC全包裹混凝土试件在受环境侵蚀后仍能维持良好的表观状态,预测的服役寿命更长,其中尤以在硫酸盐侵蚀环境中表现突出。

基于LS-DYNA的ECC管桩的抗冲击性能分析

为研究工程水泥基复合材料(Engineering Cementitious Composite,ECC)管桩的抗冲击性能,采用Ansys/LS-DYNA对管桩受竖向落锤冲击作用进行模拟。基于静态拉压试验和动态压缩试验获得关键参数,建立ECC管桩的HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型,通过霍普金森压杆试验(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)验证有限元模型的正确性。对不同锤体质量和冲击速度组合的管桩模型进行参数化分析,得到管桩在不同冲击能量下的位移、能量时程曲线和有效塑性应变图等动力响应。结果表明:在竖向冲击作用下,ECC管桩的最大残余变形只有高强混凝土(High-Strength Concrete,HC)管桩的66.0%,最小残余变形仅为HC管桩的13.7%;且ECC管桩释放的变形能占比平均为HC管桩的6.26倍。表明ECC管桩较HC管桩有更好的抗损伤能力和弹性恢复能力。

高应变率荷载作用下钢筋与ECC的黏结滑移关系研究

采用水泥基复合材料(engineering cementitious composite,ECC)替代混凝土可以提高结构在偶然荷载作用下的抗连续倒塌性能,但在悬链线大变形阶段钢筋与ECC间可能会出现黏结滑移破坏。基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,进行了钢筋与ECC的动态黏结滑移性能试验,分析了ECC强度等级、应变率、钢筋直径对极限黏结强度、刚度和滑移量的影响规律,获得了高应变率下钢筋与ECC的平均黏结滑移曲线,得到其黏结滑移破坏模式。并与静态黏结滑移试验进行对比,得到了动态黏结强度增强因子。进一步,通过钢筋开槽内贴应变片法,获得不同锚固位置的黏结应力及相对滑移的分布规律,提出黏结位置函数。最后,根据试验结果得到钢筋与ECC平均黏结滑移本构,进而乘以黏结位置函数得到考虑锚固位置影响的动态黏结滑移本构,为ECC结构构件设计及有限元分析提供试验依据和理论参考。

河砂粒径与纤维类型对ECC力学性能的影响

研究了河砂粒径(0~0.30、0~0.60、0~1.18、0~2.36 mm)与纤维类型(PVA、PE、PP、BF纤维)对工程水泥基复合材料(ECC)力学性能的影响,并进行了SEM分析。结果表明:随着河砂粒径的增大,试件的28 d极限拉应变、峰值应力和抗折强度基本均降低,多缝开裂特征逐渐减弱;4种纤维中,PVA纤维对ECC单轴拉伸性能和抗折性能的提高效果最好;PVA纤维与各粒级的河砂均具有良好的匹配性,在基体中分散较均匀。

BFRP网格增强ECC复合加固混凝土圆柱轴压性能研究

为研究玄武岩纤维网格增强工程水泥基复合材料(BFRP-ECC)加固混凝土圆柱的轴压力学性能,对BFRP(basalt fiber reinforced polymer)网格增强ECC(engineered cementitious composites)和BFRP网格增强水泥砂浆(BFRP-mortar)复合加固混凝土柱进行了轴压对比试验,分析了BFRP-ECC加固混凝土柱的破坏模式、承载力和变形能力等。采用ABAQUS有限元软件建立BFRP网格-基质复合加固混凝土柱数值模型,并通过对比模拟结果与试验结果验证了有限元建模的准确性;同时,考虑了核心混凝土柱初始损伤的影响,建立了复合材料加固损伤混凝土柱有限元分析模型,研究了BFRP-ECC加固损伤混凝土圆柱各部件的受力特点和破坏模式等。结果表明:采用BFRP网格增强水泥基质加固混凝土柱可以显著提高其承载力和变形能力,其中:ECC作为基质时效果更优;BFRP-ECC加固混凝土柱破坏具有延性特征,核心区塑性变形分布均匀;核心柱初始损伤对BFRP-ECC复合加固混凝土柱破坏模式的影响较小,且ECC以及BFRP网格仍表现出良好的协调变形能力。

冻融循环作用对PP-ECC劣化行为研究

针对冻融循环对聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)性能的影响,以质量损失、相对动弹性模量、抗压和抗拉强度等指标对其冻融劣化进行表征,利用试验数据建立冻融环境下PP-ECC材料各项性能的劣化规律,结合扫描电子显微镜(SEM)和压汞仪(MIP)从微观角度去分析PP-ECC试件冻融破坏机理。结果表明:冻融损伤是一个由表及里、循序渐进的过程。冻融循环作用下PP-ECC材料的轴心抗压强度、极限压缩应变与冻融循环次数近似呈线性相关,而相对动弹性模量、劈裂抗拉强度、开裂拉伸性能、极限拉伸性能的退化规律均为二次曲线下降。通过SEM和MIP试验观察到随冻融循环的增加,试样内部出现大量孔洞及微裂缝,裂缝不断发展延伸最终呈网状分布,平均孔径持续增加,有害孔和多害孔开始增多,结构愈加疏松。

钢筋PVA-ECC柱复合受扭性能试验研究及损伤分析

为研究复合受力状态下钢筋PVA-ECC构件的受扭性能,进行了9根PVA-ECC柱和1根普通混凝土(RC)柱的单调加载试验,考虑不同轴压比、扭弯比、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距等参数,研究其破坏特征、扭矩-扭率曲线特征,并进行了损伤演变分析。结果表明,PVA-ECC试件受力过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;PVA-ECC试件在受扭承载能力和扭转变形方面与RC试件相比有很大提升;降低轴压比、增大扭弯比和剪跨比可有效提高试件的扭转延性,减小箍筋间距和剪跨比、增大轴压比可有效延缓试件开裂;采用PVA-ECC材料能有效抑制试件的损伤发展;剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距对复合受扭作用下试件的损伤有较大影响;纵筋配筋率越大和剪跨比、箍筋间距越小,试件复合受扭的损伤程度越小。

结合ECC算法的电力监控网络智能接入协议

为了进一步降低电力监控网络遭受攻击的风险,基于ECC公钥加密算法,提出了具有较高安全性能的智能接入协议。通过研究电力监控网络的基本架构和安全体系,总结了电力监控终端所面临的多种攻击方式。并在此基础上,利用ECC公钥加密算法,深度改进适用于电力监控网络的智能接入协议,进而优化协议的加密耗时、解密耗时及安全强度等多项参数。仿真结果表明,与基于RSA算法的协议相比,基于ECC算法的智能接入协议具备更高的安全强度。

温升作用下ECC 修复CRTSⅡ型板式无砟轨道 宽窄接缝的损伤机理

为了探究采用超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)修复宽窄接缝时,纵连板式无砟轨道宽窄接缝在整体温升荷载下的损伤演化规律,建立含层间内聚力和ECC宽窄接缝拉压非线性本构模型的CRTSⅡ型板式无砟轨道三维数值模型,分析宽窄接缝采用ECC和C55混凝土时轨道板与宽窄接缝层间损伤、宽窄接缝损伤的差异,研究不同ECC材料参数下宽窄接缝的损伤机理,提出了合适的ECC力学性能指标。结果表明:在50℃温升荷载作用下,相比于C55混凝土,常规ECC可使宽窄接缝总刚度损伤降低51%,受拉损伤因子降低88%,垂向位移减小34%;提高ECC抗拉和抗压强度均可以有效减小受压、受拉损伤因子及接缝纵向位移,ECC抗拉强度由3 MPa提高至5 MPa时,受压、受拉损伤因子降幅分别约45%、50%,ECC抗压强度由30 MPa提高至60 MPa时,受压、受拉损伤因子降幅分别约51%、44%。建议采用ECC修复宽窄接缝损伤时,ECC抗拉强度取5 MPa,抗压强度取50~60 MPa。

基于FPGA的AES和ECC算法图像加密

随着数字图像的使用次数日益增多,保护机密图像数据免受未经授权的访问较为重要。针对数字图像在通信、存储和传输等领域存在的安全问题,文中基于对称算法模型和非对称算法模型的优点提出一种具有高安全性和高速度性的数字信封技术密码方案。该方案以AES(Advanced Encryption Standard)和ECC(Elliptic Curve Cryptography)为基础,经优化后用于对称密钥共享的ECC硬件架构来提高密钥的安全性。通过加入伪随机数、使用列移位替代列混淆运算以及三维S-box等方式对传统AES进行优化,在保持香农扩散和混淆原理的同时降低了时间复杂性。基于FPGA(Field Programmable Gate Array)实现AES算法的数字图像加密仿真以及性能测试。测试结果表明,所提密码方案具有快速性、高安全性和有效性等优点,能够有效地实现图像加密。

高延性水泥基材料(ECC)开裂后渗透性研究综述

高延性水泥基材料(ECC)是突破了传统混凝土脆性及应变软化属性的变革性的工程结构材料,该材料的拉伸延性与裂纹控制功能决定其适用于构件拉应力区带裂纹服役。开裂ECC的裂纹宽度对于工程耐久性至关重要,如何在保留材料延性的同时更有效地降低裂纹宽度是进一步提升ECC耐久性的关键。文章总结了该材料自研发以来取得的多种裂纹调控方法,指出其裂宽自控能力与延性的不匹配问题,分析了裂纹宽度、纤维掺量、纤维混杂等因素对开裂水泥基材料渗透性的影响,综述了ECC材料独特的开裂渗透规律及其理论预测模型,进一步提出混杂高模量纤维协同聚乙烯醇纤维调控微裂纹的方法,以期为ECC开裂抗渗性与延性的匹配设计、ECC结构的耐久性提升提供借鉴。