基于DIC古建筑青砖受冻融循环作用的损伤演化

以内蒙古隆盛庄古建筑青砖砌体为研究对象,通过数字图像相关(DIC)技术,研究古建筑青砖在冻融循环作用下的损伤破坏规律,采用双因子——损伤程度因子和损伤局部化因子来表征古建筑青砖的单轴压缩损伤过程,并根据双因子损伤演化曲线建立了不同冻融循环次数下的损伤演化模型.结果表明:古建筑青砖在单轴压缩下的破坏过程可分为初始损伤闭合阶段、线弹性损伤阶段、弹塑性损伤阶段和塑性损伤阶段4个阶段;随着冻融循环次数的增加,青砖表面应变集中程度增大,使其承载能力降低;冻融循环会缩短双因子曲线的线弹性阶段,同时利用双因子建立的损伤演化模型能有效反映冻融循环作用下古建筑青砖材料的损伤演化过程.

粉煤灰泡沫混凝土墙体面外偏压承载力数值模拟及简化计算

目的 提出一种粉煤灰泡沫混凝土墙体结构,对墙体进行平面外偏压力学性能研究及参数分析,为该墙体在村镇低、多层建筑中的推广应用奠定基础。方法 设计3种粉煤灰泡沫混凝土墙体模型,采用ABAQUS有限元分析软件对墙体平面外偏压力学性能进行研究;建立104个墙体模型并展开参数化分析,研究高宽比、内置冷拔钢丝间距、冷弯薄壁C型钢厚度等关键参数对墙体平面外偏压力学性能的影响规律;最后建立适用于不同截面参数及高宽比的粉煤灰泡沫混凝土墙体平面外偏压承载力简化计算式。结果 有限元分析所得墙体损伤位置基本与试验结吻合,墙体极限承载力有限元分析值与试验值之比在1.114~1.147;墙体截面参数中冷拔丝间距对平面外偏压承载力相关曲线的影响为正相关,高宽比、冷弯薄壁型C钢厚度为负相关。结论 平面外偏压承载力简化计算式计算结果基本位于有限元分析曲线内部且曲线趋势一致,可以较为准确地预测粉煤灰泡沫混凝土墙体平面外偏压承载力,为墙体在工程实践中的设计提供一定理论依据。

新型粉煤灰泡沫混凝土墙体轴心受压性能试验研究

利用工业固废粉煤灰制备节能与承重一体的新型墙体,对无冷弯薄壁C型钢外包内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体FW、外包1mm厚冷弯薄壁C型钢内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体CW1、外包2mm厚冷弯薄壁C型钢内置钢丝网片固废粉煤灰泡沫混凝土墙体CW2分别在轴压作用下的破坏形态、荷载-位移曲线及墙体极限承载力进行试验研究。研究结果表明:从破坏形态度角度,FW、CW1及CW2在破坏时,冷拔钢丝、冷弯薄壁C型钢发生屈服,泡沫混凝土破裂;FW大面积泡沫混凝土挤压破碎剥落,破坏严重;CW2破坏时完整性优于FW、CW1。从变形角度,CW1、CW2外包的C型钢能够对墙体内部的泡沫混凝土起到约束作用,墙体的刚度得到提升。从承载力角度,CW2较CW1提升了17.4%,较FW提升了23.7%。对墙体的轴压承载力进行理论计算,与墙体轴心受压试验的实测值相比,二者误差在10%以内且小于实测值,满足国家现行规范、行业技术标准相关要求。

基于分形理论的古建筑青砖冻融损伤研究

研究了冻融循环作用下青砖的表观形貌、质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度及孔结构的变化规律,并结合分形理论建立了分形维数与抗压强度、孔隙率及抗冻性能的关系.结果表明:随着经历冻融循环次数的增加,青砖表面的小孔劣化为大孔,然后逐渐延伸形成裂缝,导致质量损失率不断增加,相对动弹性模量和抗压强度均呈下降趋势;经历冻融循环后青砖内部孔具有明显的分形特征,其分形维数在2.9642~2.9827之间;经历冻融循环后青砖的分形维数与抗压强度呈正相关,与孔隙率呈负相关,与抗冻性能具有高度的相关性;分形维数可用于评价青砖微观孔结构的变化,也可以反映经历冻融循环后孔结构对青砖宏观性能的影响;研究结果可以为寒冷地区古建筑青砖的保护及耐久性损伤研究提供理论依据.

冻融循环作用下煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖的损伤性能

大宗工业固废建材化利用是工业可持续发展的一项长远战略方针,利用煤矸石、铁尾矿生产烧结砖可为内蒙古地区大宗工业固废综合利用提供新思路。针对内蒙古地区自然环境特征,对煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件进行冻融循环试验,分析冻融前后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖外观、质量、抗压强度、吸水率和体积密度变化情况;基于Wiener过程对试样损伤规律进行分析,以相对质量损伤为指标建立可靠度模型,并对指标选取合理性进行验证,计算漂移系数和扩散系数求解冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖可靠度函数曲线;利用冻融寿命预测模型对室内外冻融循环次数进行转化,并对冻融循环作用后煤矸石-铁尾矿烧结多孔在不同阈值条件进行寿命预测。结果表明:煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖标准试件抗压强度为10.6 MPa,吸水率为13.3%,体积密度为1779.7 kg/m^(3);煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖性能随冻融循环次数增加劣化程度加深,其质量、抗压强度、吸水率和体积密度损伤度分别为7.1%、38%、18%和3.6%,同时冻融循环后砖体表面出现隆起、微裂缝和轻微剥落现象;对可靠度函数曲线分析可知煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖损伤符合材料破坏特点,在阈值为0.2、0.3、0.4条件下,煤矸石-铁尾矿烧结多孔砖耐久性寿命分别为11.1、35.4、85.6年。

冲击荷载下钢化夹层玻璃薄板的动力学响应研究

针对工程材料中的钢化夹层玻璃受风沙冲击问题,利用重三角级数构造了冲击荷载作用下四边简支弹性矩形夹层薄板的挠度函数,依据积分变换方法求解挠度函数系数,并基于薄板小挠度弯曲理论得到四边简支条件下矩形钢化夹层玻璃薄板的应力与应变函数,利用Matlab编程对其分布规律计算,研究钢化夹层玻璃受冲击的动力学特性。结果表明:在不同冲击高度下,冲击力、位移响应均呈先增加后减小的趋势,且由于冲击惯性效应致使位移响应分为接触加载期、接触卸载期、脱离后期;应力波在玻璃内对称向四周传播且不断衰减致使位移场、应变场、应力场均呈对称分布,且冲击荷载对冲击点的影响最大;钢化夹层玻璃薄板冲击点区域下表面受拉而出现拉破坏,边界区域受压出现压破坏,而上表面的破坏情况则恰好相反。该研究结果为研究夹层玻璃受冲击破坏机理提供了重要依据。

集料增强粉煤灰泡沫混凝土性能试验研究与模型预测

研究了水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量、石英砂和石英粉质量比例对集料增强粉煤灰泡沫混凝土立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,测试了不同砂胶比集料增强粉煤灰泡沫混凝土的孔结构和微观形貌;通过灰色理论分析了4种因素对集料增强粉煤灰泡沫混凝土强度的影响,对集料增强粉煤灰泡沫混凝土强度进行预测,并对预测的结果进行误差分析。结果表明:水胶比0.4、砂胶比0.8、粉煤灰掺量25%、石英粉与石英砂质量比例1∶1时试件立方体抗压强度与劈裂抗拉强度较好;不同砂胶比的集料增强粉煤灰泡沫混凝土孔径分布范围为0.1~10μm,砂胶比0.8的试件孔径分布范围较好,微观结构致密,微观形貌良好;4种因素对集料增强粉煤灰泡沫混凝土立方体抗压强度的影响程度由大到小依次为砂胶比、石英粉与石英砂比例、水胶比、粉煤灰掺量;传统灰色理论模型与MGM灰色理论模型对预测立方体抗压强度与劈裂抗拉强度效果较好,模型精度均达到二级,试验结果和预测模型可以为集料增强粉煤灰泡沫混凝土的研究和应用提供参考。

风沙环境下钢结构涂层的冲蚀磨损力学性能研究

针对钢结构涂层耐久性受风沙侵蚀和劣化问题,在研究风沙环境特征和钢结构涂层力学性能的基础上,利用接触理论和LS-DYNA有限元分析程序分析了涂层受冲蚀时的最大接触动力、最大接触半径、最大接触应力,并分析了应力场分布规律和屈服极限风沙流速度。分析结果表明:最大接触动力、最大接触半径、最大法向动应力随冲蚀速度和角度的增加而增大,当冲蚀速度、角度分别为35m/s、90°时,其达到最大值4.09×10-2N、4.24×10-5m、1.08×107Pa;最大切向动应力随冲蚀角度的增加而减小,当冲蚀速度为35m/s时,冲蚀角度为5°和90°时对应的应力分别为9.36×107Pa和0;得到了涂层表面和内部应力场,在对称轴z=0.56a处,剪应力最大值1max 0τ=0.277 p,剪应力最大值点即是材料接触流动的起始点,因此可预计塑性流动将在涂层表面下方开始发生;当垂直冲蚀时涂层材料不屈服的极限射流速度为18m/s。

风沙环境下钢结构涂层侵蚀机理及评价方法

通过对钢结构涂层在模拟风沙环境中的冲蚀试验,研究了涂层受风沙冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层冲蚀磨损质量损失随冲蚀速度的增大而增加;低角度冲蚀主要为微切削作用,材料硬度起决定因素,高角度冲蚀主要为冲蚀挤压变形作用,材料柔韧性起决定作用,由于涂层硬度相对较低而柔韧性相对较高,故在低冲角下其受冲蚀程度严重.提出了涂层冲蚀程度的评价计算公式,其计算结果与试验结果相吻合.为揭示风沙侵蚀机理及准确评价钢结构耐久性提供了依据.

风沙环境下钢结构表面涂层冲蚀行为与侵蚀机理研究

风沙环境的侵蚀和劣化作用严重影响着基础设施的安全耐久性.本文根据风沙环境特点,利用气流挟沙喷射法对钢结构涂层进行冲蚀试验,研究了涂层在风沙环境下的冲蚀磨损特性、冲蚀行为和侵蚀机理.结果表明:涂层磨损量随沙剂量和冲蚀速度的增加而增加;侵蚀机理为在低角度冲蚀下,涂层主要受微切削作用,而在高角度冲蚀下,主要受冲蚀挤压变形作用,由于涂层强度低而韧性较好,其在低角度冲蚀下的磨损更为严重.

田口方法下混凝土受盐冻循环和风沙侵蚀研究

在盐冻循环基础上,利用模拟风沙环境侵蚀试验系统对混凝土进行了冲蚀试验研究.试验因子选取盐冻循环次数(0,5,10,25,35,45次),冲蚀速度(35,40,45m/s),冲蚀角度(15°,54°,90°)和沙流量(60,110,160g/min),并采用L18(61×33)田口方法设计试验,以减少全因子下的试验数量;同时应用扫描电镜观测混凝土受盐冻循环后的微观形貌,分析产生最大冲蚀率的原因及冲蚀机理.试验结果表明,当盐冻循环25次,冲蚀速度45m/s,冲蚀角度90°和沙流量60g/min时,混凝土冲蚀率最大;方差分析(ANOVA)结果表明,冲蚀角度对混凝土冲蚀磨损影响最大,其贡献率为72.48%.

钢结构表面涂层受风沙冲蚀机理和评价方法

内蒙古中西部地区钢结构表面涂层受风沙冲蚀磨损严重.在模拟钢结构涂层受风沙冲蚀磨损试验的基础上,应用扫描电子显微镜(SEM)观测涂层在不同冲蚀条件下的冲蚀磨损部位微观形貌,分析涂层材料受风沙冲蚀磨损的损伤机理,提出了评价涂层冲蚀磨损程度的计算方法.结果表明:低角度冲蚀时微切削作用占主导,硬度起决定作用,高角度冲蚀时挤压变形占主导,柔韧性起决定作用,由于涂层硬度较低,柔韧性好,所以高角度时涂层的耐冲蚀性能较好;最大冲蚀磨损失重量出现在45°左右,是由于该材料具有介于塑性和脆性材料之间的冲蚀磨损特性;速度越大,粒子的动能越大,冲蚀磨损失重量越大;在低浓度时,冲蚀磨损失重量随着浓度的增加而增加,而在高浓度时则出现下降的趋势;评价公式的计算结果与实验结果吻合.研究结果为钢结构涂层的耐久性研究提供了理论依据.

冲击荷载作用下橡胶混凝土的损伤研究

针对冲击荷载作用下橡胶混凝土的损伤问题,利用自动冲击球压仪对橡胶混凝土的动态冲击损伤行为进行研究,并应用激光共聚焦扫描显微镜(LSCM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了其冲击损伤形貌及机理特征。结果表明:冲击荷载下橡胶混凝土抗冲击能力优于基准混凝土,且随橡胶粒径的减小抗冲击能力增强;随着冲击荷载的不断增加,橡胶混凝土的压痕增长速率小于基准混凝土,极限荷载值却大于基准混凝土,而橡胶粒径的减小,使压痕增长速率呈减小趋势,极限荷载值增大,表面抗塑性变形能力及试样表面动态力学性能增强;冲击荷载下材料表面形成球冠状小坑,压痕边缘出现不同程度的材料堆积,80目的橡胶在混凝土中分布更加均匀,且损伤区较为连续无明显微裂纹。研究结果为冲击荷载作用下对橡胶混凝土材料损伤研究提供依据。

风沙对钢结构涂层的冲蚀磨损性能研究

采用气流挟沙喷射法,在不同的冲蚀速度、角度、浓度和时间等风沙冲蚀参数下,对钢结构涂层进行了风沙冲蚀的模拟试验,对试验材料质量损失、抗冲蚀磨损性能和微观失效表面进行了分析.结果表明:钢结构涂层的耐磨性较差;冲蚀率随冲蚀速度呈指数增长,在冲蚀角度为45°时存在低速和高速2个冲蚀阶段;涂层的质量损失在冲角为45°时最大,90°时最小,表现出从脆性材料向塑性材料过渡的特征;低冲角时,材料破坏方式以微切削作用为主,决定材料耐冲蚀性能的主要因素是其硬度;在高冲角时,材料破坏方式以挤压凿削作用为主,决定材料耐冲击性能的主要因素是其柔韧性;涂层质量损失随下沙率的增大在300g/min时出现峰值;涂层累积质量损失随时间大致呈线性增长,冲蚀过程存在明显的潜伏期、加速期和稳定期.

钢结构表面涂层材料抗风沙冲蚀力学性能研究

分析了内蒙古中西部地区风沙冲蚀环境特征,通过测定钢结构涂层的厚度、密度、硬度、弹性模量、柔韧性、涂层与基材附着力等级等指标,研究了钢结构涂层材料抗冲蚀力学性能和不同风沙环境特征参数对涂层冲蚀的影响.结果表明:钢结构涂层的涂层硬度和弹性模量较小,而其柔韧性较大,涂层与基材附着力等级高;在风沙冲蚀过程中,涂层的冲蚀失重量均随着风沙流冲蚀速度的增大而显著增加,随着冲蚀下沙量的增加而增加,其在低角度冲蚀下的冲蚀失重量要大于高角度下的冲蚀失重量.

盐渍土环境下混凝土的抗腐蚀性能研究

内蒙古中西部地区是内蒙古盐渍化最严重的地区,为了研究长期处于该盐渍土腐蚀环境下混凝土的抗腐蚀性能,通过在内蒙古中西部3个代表性区域实地取样,对盐渍土基本特征进行分析。根据达拉特旗盐渍土中主要易溶盐的含量,配制了3种不同浓度的复合盐侵蚀溶液,再以单盐盐侵蚀溶液和水溶液用于试验对比,对混凝土进行长期浸泡试验。结果表明:长期浸泡后,混凝土在复合盐和单盐溶液中的质量和强度变化规律均呈现先上升后下降,且复合盐浓度越大,其损伤越严重,复合盐溶液中混凝土抗侵蚀能力强于其在硫酸钠溶液中的抗侵蚀能力,研究结果将为在该腐蚀环境下混凝土结构和材料防护及耐久性评价提供依据。

钢结构镀锌涂层冲蚀磨损表面形貌及粗糙度

我国西北地区风沙特殊环境对该地区钢结构的耐久性和安全性影响严重。利用风沙环境侵蚀实验系统、扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)研究钢结构镀锌涂层受风沙冲蚀磨损损伤行为和损伤形貌,并分析其表面粗糙度。结果表明:涂层材料的冲蚀损伤行为更加依赖于冲蚀角度,在不同冲蚀角度下风沙流对涂层材料的冲蚀磨损过程同时存在类似表面划伤和挤压变形剥落;涂层材料的冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增大而增加,在90°时冲蚀坑深度大于45°时的冲蚀坑深度;在相同的冲蚀速度下,45°时表面平均粗糙度Sa和均方差Sq较90°时大,在相同的冲蚀角度下,Sa和Sq均随速度的增大而增大。在冲蚀中后期,粒子对凹凸不平的表面冲蚀磨损破坏严重,试件表面峰谷的形成和破坏导致冲蚀率增加。

土木工程专业毕业设计管理的探索与实践

毕业设计是进行综合知识训练,提高学生综合素质的一个重要教学环节。由于教学形式的特殊性,加强管理对提高质量尤为重要。通过土木工程专业毕业设计管理的研究和实践,总结了对土木工程专业毕业设计全过程管理的措施和经验。

风沙环境下钢结构涂层低角度冲蚀特性研究

针对风沙环境中钢结构涂层长期受冲蚀,涂层破坏直接降低钢结构体系耐久性的现状,采用能模拟风沙环境的气流挟沙喷射法对钢结构涂层试件进行了低角度冲蚀试验,用失重测量法测定涂层冲蚀失重量与沙剂量和冲击速度关系,进而评定冲蚀程度,用扫描电镜(SEM)观测分析涂层冲蚀区的微观形貌来分析冲蚀机理,并提出了涂层冲蚀程度评价计算公式.结果表明:涂层冲蚀失重量随沙剂量和冲击速度的增大而增加;低角度冲蚀主要为微切削作用,材料硬度起决定因素,高角度冲蚀主要为冲蚀挤压变形作用,材料韧性起决定作用,由于涂层材料硬度低而韧性高,故在低冲角下其受冲蚀程度严重;验证了评价计算公式用于评价涂层冲蚀程度的可靠性.研究结果将为准确评价风沙区钢结构体系耐久性提供依据.

一种新型复合建筑节能墙体施工技术与应用研究

结合国家和地区绿色建筑发展形势,介绍了一种可实现保温与结构同体同寿命的新型建筑节能墙体,针对这一墙体构造技术特点,研究了两侧同时现浇混凝土和两侧同时喷射混凝土两种施工工艺原理、工艺流程和技术要点,分析了网架板和混凝土材料质量控制要求,并就施工中出现的缺陷提出解决方法。研究成果将为该节能墙体施工技术的应用及推广提供支持,为国家的节能减排及墙改工作发挥积极作用。