冻融循环作用下纤维混凝土动态抗压性能

为研究冻区混凝土动态抗压性能,对不同掺料的混凝土试件进行了先冻融循环后单轴动态抗压试验。研究了三组混凝土(PVA纤维、纳米SiO_(2)和PVA-纳米SiO_(2))在不同应变速率(10-5s^(-1)、10-4s^(-1)和10^(-3)s^(-1))下的强度变化率、应变损失率,分析得到三种混凝土动态抗压性能的优劣关系。通过试件切片的SEM电镜扫描试验,研究了掺料改善混凝土性能的微观作用机理。研究结果表明:单掺PVA纤维或纳米SiO2(P组、S组),对于混凝土受冻后的动态抗压性能无明显改善。双掺(SP组)时,纳米SiO2与水化产物Ca(OH)2反应生成的C-S-H凝胶填充了混凝土的孔隙和ITZ,增强了混凝土的密实性,为受冻后混凝土中PVA纤维更完整地发挥桥连作用提供了条件。冻融循环100次后的SP组混凝土在应变速率从10^(-4)s^(-1)到10^(-3)s^(-1)的情况下,其相较于P组、S组的强度提高约10%,PVA纤维和纳米SiO2的协同作用使混凝土受冻后的动态抗压性能改善明显。

土木工程和环境科学与工程学科研究生跨学科培养模式研究

研究生是高层次创新型人才的重要组成部分,打破专业界限、整合不同学科资源,培养跨学科的复合型人才是当前我国高等教育改革发展的主要方向。近年来,土木工程行业为社会经济的发展做出了巨大的贡献。笔者结合国内外研究生跨学科培养的研究现状,借鉴部分高校成熟的经验做法,探索土木工程学科和环境科学与工程学科研究生跨学科培养的模式,指出两个学科研究生在跨学科培养方面存在的问题,并提出对策和建议。

基于最大耗能增效原则的惯容减震系统解析设计公式

惯容减震系统在高效吸能的同时可放大其内部耗能装置的变形,从而提高耗能减震效率,此耗能增效特性是惯容减震系统的关键机理,可作为物理意义明确的惯容系统设计原则。但目前惯容耗能增效设计方法的计算公式复杂,不便应用。为充分发挥惯容系统的耗能增效特性,提出以“最大耗能增效”为设计原则,以满足性能需求为直接导向,进而推导出解析形式的惯容减震系统设计公式。基于随机振动理论得出了单自由度惯容减震结构在白噪声激励下均方响应的解析式,并结合极值条件及零固有阻尼假定完成了惯容系统最优参数的推导。在解析公式的基础上给出了惯容减震系统基于最大耗能增效原则的设计流程,并编制相应程序进行了单自由度惯容减震结构的算例设计与验证。算例分析结果验证了该文设计原则与解析公式的正确性与有效性。

PVA-纳米SiO_(2)混凝土经冻融循环后的动态抗压特性

为研究PVA纤维和纳米SiO_(2)对混凝土抗冻性的影响,对经历过冻融循环的PVA纤维混凝土、纳米SiO_(2)混凝土和PVA-纳米SiO_(2)混凝土施加动态压缩试验,测得抗压强度和峰值应变,以及质量损失率和相对动弹性模量,以此评价三种混凝土的抗冻性能,并以试验测得抗压强度劣化值构建了纤维混凝土冻融损伤的演化模型。研究结果表明:PVA纤维的掺入降低了混凝土冻融损伤的质量损失率,并使混凝土的延性有所提高,纳米SiO_(2)的掺入则明显提高了混凝土的抗压强度。掺加PVA纤维或掺加纳米SiO_(2)均可提高素混凝土的抗冻性,且PVA-纳米SiO_(2)混凝土的抗冻性优于PVA纤维混凝土,而PVA纤维混凝土的抗冻性优于纳米SiO_(2)混凝土。本文建立的纤维混凝土冻融损伤模型可较好地反映冻融损伤后混凝土抗压强度的劣化情况。

PVA纤维-纳米SiO2对混凝土抗疲劳性能的影响及机理分析

为研究PVA纤维和纳米SiO2的掺入对混凝土抗疲劳性能的影响,设计了单掺PVA纤维(P组)、单掺纳米SiO2(S组)和混掺PVA纤维与纳米SiO2(SP组)3组试件,对其展开疲劳后的单轴压缩试验,以经历疲劳荷载后混凝土试件的相对动弹性模量和抗压强度,作为分析评价不同掺料方式对混凝土疲劳性能影响的评价指标,并利用SEM电镜扫描试验研究了掺合料的微观作用机理。结果表明:3组混凝土较普通混凝土在抗疲劳性能上都有明显的提升,S组在提高混凝土强度方面表现最为明显;而SP组能够更有效地抑制混凝土内部劣化损伤的发展。从作用机理上来讲,PVA纤维是通过提高混凝土各单元间的抗拉能力,有效降低了混凝土在疲劳荷载作用下的损伤破坏,相当于延长了混凝土的破坏过程;而纳米SiO2则是通过参与反应生成C-S-H(水化硅酸钙)凝胶填充混凝土薄弱区,提高了混凝土的抗压强度,相当于提高了混凝土在疲劳荷载作用下的破坏起点。研究成果对混凝土结构抗疲劳设计有参考价值。

混凝土经历三向受压荷载历史后强度劣化及超声波探伤方法的研究

本文采用混凝土立方体试件，对其施加三轴受压荷载历史作用，分别测量载前和载后的抗压强度、劈拉强度和超声波速。基于连续介质损伤力学理论，用抗压强度和抗拉强度的劣化来定义混凝土的损伤，研究了经历过三轴受压荷载历史后损伤与超声波速降低的关系。根据试验数据拟合得到损伤的演化方程，从中可以看出损伤与超声波速的降低之间具有较好的线性相关性。研究结果表明，作为混凝土非破损检测技术中的一种重要方法，超声波探伤方法所需设备简单，操作方便，可以广泛应用于混凝土结构损伤检测。

混凝土材料经历三向受压荷载历史后抗压强度劣化的研究

以连续介质损伤力学为基础 ,以侧向应力和最大竖向应变二者的组合来表征混凝土所经历过的荷载历史 ,以抗压强度劣化来表征混凝土损伤 ,对 1 0cm× 1 0cm× 1 0cm的立方体试件进行了损伤试验、分析及研究 .本文研究了不同围压条件下 ,单调和循环加载历史产生混凝土损伤的发展演化规律 .根据试验结果拟合得到损伤的演化方程 ,分析了影响损伤发展的主要因素 ,阐明了其原因 .从中可以看出 ,用抗压强度劣化来估测混凝土结构的损伤在工程实践中非常方便实用 .

混凝土材料经历三向受压荷载历史后抗拉强度劣化的研究

基于连续介质损伤力学 ,以侧向应力和最大竖向应变二者的组合来表征混凝土所经历过的荷载历史 ,以抗拉强度的劣化和超声波速的降低来表征混凝土的损伤 ,对 1 0cm× 1 0cm× 1 0cm的立方体试件进行了损伤试验 ,研究了单调荷载历史、循环荷载历史、不同围压条件下损伤发生、发展的一些规律 .根据试验结果拟合得到损伤的演化方程 ,分析了影响损伤发展的主要因素 ,阐述了其原因 .

基于神经网络方法对混凝土损伤特性研究

首先对混凝土立方体试件施加三轴受压荷载历史 ,卸载后测量其各个方向单轴抗压和劈拉强度 ,根据连续介质损伤力学理论 ,将混凝土的损伤分别定义成抗压强度和抗拉强度的劣化 ;研究在经历不同荷载历史后混凝土损伤的演化规律 .首次运用神经网络的理论和方法 ,分别建立了在不同荷载历史作用下抗拉强度和抗压强度劣化的神经网络模型 ,对混凝土经历荷载历史后的强度劣化特性 ,即损伤特性进行了研究 .从中可以看出 。

混凝土经历荷载历史后损伤特性研究

混凝土在各种加载形式下的损伤机制越来越受到工程界的关注.本文首先简单介绍了混凝土损伤特性的研究方法,并从数学形式的角度追溯了损伤变量的发展过程.在此基础上,结合国内外的研究成果,提出了损伤的新概念与研究损伤的技术路线,即分别用经历过荷载历史后混凝土试件的抗压强度和抗拉强度劣化来定义其抗压损伤和抗拉损伤.然后,对混凝土经历各种三轴受压荷载历史后损伤的演化规律进行了深入研究,并提出进一步研究应重点解决的问题.

疲劳荷载和碳化联合作用下混凝土损伤特性试验研究

为研究不同疲劳荷载作用后,混凝土试件在快速碳化不同时期力学性能的变化规律,对棱柱体试件的破坏过程及形态变化、相对动弹性模量、碳化深度、相对抗压强度展开分析。研究结果表明:混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比,且具有一定损伤程度试件的碳化系数k随着损伤度D的增大而增大,两者基本成线性关系。碳化深度较小的棱柱体试件破坏形态与正常情况下试件破坏情况没有明显的区别;当碳化深度较大时,试件表面的混凝土出现大面积的剥离。经历疲劳荷载作用后碳化的试件,每个时期的碳化深度相比未经疲劳作用的混凝土试件明显增大,且随疲劳损伤的增大而增大。前期经历疲劳荷载作用试件的相对抗压强度相比未经历疲劳荷载的试件明显降低,随着碳化的进行相对抗压强度均逐渐增大,到28 d时两者的相对抗压强度相差较小,疲劳荷载引起的试件损伤28 d碳化后基本得到弥补。

三向等压荷载历史后混凝土超声波探伤方法研究

采用两组混凝土立方体试件,对其施加三向等压荷载历史作用,分别测量载前和载后的抗压强度、劈拉强度和超声波速.首先研究了经历过三向等压荷载历史后超声波速的劣化以及混凝土强度与声速的关系.然后,用抗压强度和抗拉强度的劣化来定义混凝土的损伤,研究了损伤与超声波速降低的关系.根据试验数据拟合得到损伤的演化方程,从中可以看出损伤与超声波速的降低之间具有较好的线性相关性,且有明显的超声波速降低临界值.研究表明,根据超声探伤方法测得的声速,结合混凝土经历的荷载历史和配比等因素,可以为工程提供较为可靠的损伤估计值,对实际工程的指导意义重大.

三轴加载条件下混凝土的神经网络本构模型

神经网络由大量并行处理单元构成,适合于描述多影响因素的非线性复杂因果规律,为研究材料本构特性提供了一条崭新的途径。利用 BP 网络的模拟能力来代替传统的方法,建立了一个三轴加载情况下混凝土的神经网络本构模型,用于描述混凝土在侧压力恒定轴向单调加载条件下的本构关系。从模型对训练和检验样本的模拟结果可以看出,这个经过训练的含有双隐层的神经网络本构模型具有很高的学习精度和良好的泛化能力,适合在结构工程问题中应用。

人工神经网络技术在混凝土本构模型中的应用

利用反向传播前馈神经网络 (BP网络 )的模拟能力来代替传统的方法 ,建立了在三轴单调比例加载情况下混凝土的全量型和增量型神经网络本构模型。通过对比模拟结果 ,对这些模型的差别进行了分析。从模型预测值和试验值逼近程度可以看出 ,训练后的模型具有很高的学习精度和良好的泛化能力 。

混凝土经历荷载历史后在硫酸盐干湿交替作用下损伤试验研究

为研究高强混凝土(C60)与普通混凝土(C30)在经历历史荷载与环境因素联合作用下损伤演化规律,对历经单调加载历史和循环加载历史后的96块高强混凝土和102块普通混凝土试件,与硫酸盐-干湿循环耦合后进行损伤性能研究。以混凝土试件的质量变化率和相对动弹模表征混凝土内部的损伤程度。试验研究表明:一定范围内的历史荷载及单一硫酸盐侵蚀会有助于提高混凝土前期的力学性能,干湿循环-硫酸盐双重作用下则会明显的降低混凝土的力学性能。与普通混凝土相比,水灰比的降低和适量减水剂的掺入使得高强混凝土的孔隙结构得到优化,从而使高强混凝土抵抗环境及历史荷载等因素的能力增强。

含电流变体的复合砂浆梁振动特性实验研究

本文开展了将电流变体智能材料直接埋置在土木工程中常用的砂浆材料中的可行性、具体操作工艺及注意事项的研究。利用电流变体作为驱动元件与基体砂浆材料结合制成智能悬臂梁结构,调节施加在电流变体上的电压,用锤击法测定其在不同电场强度下的自振频率,观察分析频率随电场强度的变化规律。实验结果表明,改变施加在电流变体上的电压确实可以改变复合梁的整体振动特性,尤其是对第一、二阶频率影响比较明显。本文的研究为电流变体在实际工程结构振动控制领域的应用奠定了实验基础。

轴压与硫酸盐耦合作用下混凝土强度劣化机理

为研究混凝土结构荷载与环境耦合作用下的混凝土性能劣化时变规律,对不同应力比的轴压荷载与不同浓度的硫酸钠溶液直接耦合作用下的混凝土强度劣化和微观机理进行了研究,轴压应力比取0%,15%,30%和45%,硫酸钠溶液浓度(质量分数,下同)取0%,5%和10%.结果表明:45%应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合对混凝土强度的劣化有显著促进作用;30%及以下应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合对混凝土强度的劣化有一定抑制作用,其中30%应力比的轴压荷载抑制作用最为显著;相比5%浓度的硫酸钠溶液,10%浓度的硫酸钠溶液对混凝土的劣化有显著加速作用.微观机理研究表明:轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,30%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区劣化最轻,15%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区损伤稍大于30%应力比作用下,45%应力比作用下混凝土试件的界面过渡区损伤劣化最严重;耦合作用下,微裂缝处的钙矾石和石膏等物质对界面过渡区的填充密实作用较小;随着侵蚀龄期的增加,界面过渡区微裂缝的劣化逐渐加重;在高应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,界面过渡区的劣化对混凝土性能影响更显著;在低应力比的轴压荷载与硫酸钠溶液耦合作用下,界面过渡区的劣化对混凝土性能影响不明显.

荷载历史和硫酸盐干湿循环侵蚀作用下混凝土抗压性能试验研究

为研究荷载历史及硫酸盐干湿循环侵蚀对混凝土单轴抗压性能的影响,对经历不同荷载历史(0、25%、50%极限抗压强度)和不同浓度(5%、10%)硫酸盐干湿循环作用下混凝土试件进行单轴压缩试验,考察材料弹性模量、抗压强度、峰值应变和应力应变关系等力学性能的变化规律。试验结果表明,经历硫酸盐干湿循环侵蚀后的混凝土纵向裂缝数量变多,表层剥落严重;经历硫酸盐侵蚀的混凝土应力应变全曲线形状变得扁平,下降段变得平缓;随着硫酸盐溶液浓度的增大,混凝土抗压强度和弹性模量均降低,但峰值应变增大;相同浓度下,混凝土的抗压强度和弹性模量随着应力水平的增大有降低的趋势,但降低的幅值不明显,峰值应变有增大的趋势。

电流变体-砂浆复合梁结构的振动特性研究

利用电流变体作为驱动元件与基体砂浆材料结合制成智能悬臂梁结构,调节施加在电流变体上的电压,用锤击法瞬态击振测定其在不同电场强度下的自振频率,对频率随电场强度的变化规律进行了研究。实验结果表明电流变片埋置位置对复合梁的整体振动特性的影响比较大。

含电流变体砂浆复合梁结构振动固有频率的理论研究

以修正的RL线弹簧模型为基础,通过定义等效裂纹长度,建立了含电流变体的砂浆复合悬臂梁的振动模型,并得到理论计算复合梁频率的特征方程。根据实验数据确定模型的参数,并编制MATLAB程序来模拟含电流变体的砂浆悬臂梁随电场强度变化时自振频率的变化规律。研究结果表明,该模型的模拟值与实验值吻合得较好,尤其对一阶频率的模拟效果最好。本项研究为电流变体在实际工程结构振动控制领域的应用奠定了实验和理论基础。