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。

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。

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。

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。

木-混组合梁R-ECC连接板受弯性能有限元分析

为研究高延性橡胶粉水泥基复合材料(R-ECC)在木-混组合连续梁负弯矩区中的适用性,对木-混组合梁R-ECC连接板和混凝土(RC)连接板的受弯性能进行了有限元对比分析,设计了10组不同参数的R-ECC连接板,探究了连接板厚度、无粘结层区长度、配筋率及配筋方式等主要影响参数对木-混凝土组合连续梁负弯矩区R-ECC连接板受弯性能的影响,并与已有的试验结果进行对比分析。研究结果表明:同设计参数的R-ECC连接板的抗弯承载力有限元结果与试验结果较吻合,且优于RC连接板;连接板厚度和配筋率对木-混组合梁抗弯承载力影响较大,而无粘结区长度和配筋方式对其影响不大。

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。

机制砂高延性工程水泥基复合材料(ECC)的性能研究

采用双因素方差分析法,研究了水胶比(0.30、0.35、0.40)和砂胶比(0.35、0.45、0.55)对工程水泥基复合材料(ECC)抗压和抗折强度的影响,优选出了最佳水胶比和砂胶比。在此基础上,研究了PVA纤维体积掺量(1.0%、1.5%、2.0%)和机制砂掺量(0、50%、100%)对ECC弯曲韧性的影响,并采用非线性回归法建立了预测模型。结果表明:ECC的最佳水胶比和砂胶比分别为0.30和0.55;掺入适量机制砂能在一定程度上提高ECC的峰值挠度,改善ECC的弯曲韧性;当PVA纤维体积掺量为2.0%、机制砂掺量为50%时,ECC的各项弯曲韧性指标相对最优;建立的机制砂高延性ECC峰值抗弯强度和峰值挠度预测模型的拟合精度较高,具有一定的适用性。

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。

ECC-方钢管-再生混凝土叠合柱偏压力学性能数值分析

采用数值方法研究钢筋增强ECC-方钢管再生混凝土叠合柱偏心受压力学性能受相关参数的影响,结论如下:钢筋增强ECC-方钢管再生混凝土叠合柱破坏模式与方钢管再生混凝土叠合柱一致,偏心荷载作用下,试件的破坏模式可分为小偏心破坏、界限偏心破坏和大偏心破坏。在相同偏心距下,钢管厚度和强度增加可显著提高叠合柱的承载力和极限弯矩。小偏压下,增加钢管强度和钢管厚度使得承载力和极限弯矩近似同比例增加,而大偏压下,极限弯矩增幅远超承载力。ECC和核心RAC强度提高试件的承载能力和极限弯矩均有显著提高。但叠合柱的延性受钢管外ECC抗压强度变化影响显著,ECC强度越高叠合柱延性越差,而核心RAC对试件的延性影响较小。再生骨料替代率增加,试件的承载力降低。

ECC增强RC桥墩塑性铰区域滞回性能研究

为探讨水泥基复合材料(ECC)增强钢筋混凝土(RC)桥墩墩柱塑性铰区域对墩柱滞回性能影响,将桥墩墩底潜在塑性铰区的普通混凝土置换为ECC,并参考文献中试验柱的尺寸参数、配筋形式以及材料的力学性能,采用ABAQUS建立墩柱在循环往复荷载下的滞回模拟。滞回模拟结果与文献中实验得出的滞回曲线吻合良好,验证了模型的准确性。在此模型基础之上,根据抗震细则对桥墩塑性铰长度进行计算,发现采用ECC增强RC墩柱的塑性铰区域,墩柱的横向抗力提升了25.15%,延性性能提升了120.81%。

一种基于FPGA的ECC点乘优化设计

现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)具有丰富的计算、存储等资源,广泛应用于密码算法、实时通信等高并行、高数据吞吐量、计算复杂的领域。现有的基于FPGA实现ECC点乘的方案,存在计算架构设计并行程度低,计算所需的逻辑资源过大的问题。针对以上问题,提出了一种基于FPGA实现ECC点乘的优化设计。通过采用RAM寻址方式设计出计算架构,并构造了一个流水线状态机,利用FPGA并行计算的优势,多次并行使能调用点加、模加、模乘、模逆算法模块,实现了高效的ECC点乘操作。实验结果表明,所提出的优化设计有效地缩减了FPGA的LUT逻辑资源,并提高了ECC点乘运算的计算速度。

基于单轴拉伸试验的PP纤维-ECC材料受拉本构行为研究

ECC作为一种新型的纤维增强水泥基复合材料.具有优异的力学性能。文章结合单轴拉伸试验与非接触式全场微应变测试,系统研究了PP纤维-ECC材料受拉本构行为。单轴拉伸荷载-位移试验与应变云图结果表明PPECC材料出现了多缝开裂特征:由于存在应力集中,裂缝主要出现在试件两边夹持端和哑铃型受拉端拐角处:PP纤维-ECC材料的受拉本构行为可分为直线上升阶段、变形硬化阶段和变形软化阶段,其中双线性模型能够较好拟合应力-应变关系。研究结果可为ECC材料的优化设计和应用提供理论依据和技术支持。

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。

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。

高强钢绞线网/ECC加固RC柱小偏心受压性能研究

为研究高强钢绞线网/ECC(HSME)加固钢筋混凝土(RC)小偏心受压柱的正截面受力性能,对HSME加固RC柱、ECC加固RC柱和未加固RC柱进行了小偏心受压性能试验.结果表明:采用HSME加固后RC柱的整体性能得到显著提升,当采用相同的相对初始偏心距时,与未加固RC柱相比,HSME加固RC柱的开裂荷载、峰值荷载和延性分别提高了100.0%~113.3%、99.8%~108.0%、75.9%~77.8%;相同荷载下,HSME加固RC柱的ECC应变和纵筋压应变均小于ECC加固RC柱,HSME的加固效果更优;HSME加固层为核心混凝土提供了有效约束,改善了RC柱的损伤分布和破坏模式,显著提高了RC柱的承载力和延性;整个受压过程中,HSME加固层与RC柱混凝土协调变形,共同工作性能良好.

混杂纤维-尾矿砂ECC配合比优化及疲劳性能研究

采用不同种类的纤维和尾矿砂制备环保型混杂纤维-尾矿砂工程水泥基复合材料(MFT-ECC)。以流动度和力学性能为指标,通过正交试验优选了MFT-ECC中不同纤维的最优掺量;通过四点弯曲疲劳试验,对比了不同应力水平下各组ECC试件的疲劳性能;利用扫描电子显微镜观测MFT-ECC的微观结构。结果表明:当聚乙烯醇纤维、碳酸钙晶须、改性聚丙烯纤维的体积掺量分别为0.9%、0.8%、0.3%时,MFT-ECC的流动度和力学性能最优;掺量优选后的MFT-ECC的疲劳性能最好,其疲劳寿命随应力变化敏感性低,与基准组相比,不同应力水平下的强度折减系数分别提高了1.33%和6.56%;尾矿砂的加入使ECC内部产生填充效应和堆积效应,提高了材料的密实度。本研究为制备经济环保、性能优越的ECC材料提供了参考。

冻融循环后再生砖粉ECC的耐久性试验研究

为研究再生砖粉ECC抗冻性能,对其进行冻融循环试验,分析了再生砖粉ECC的质量、抗压强度、相对动弹性模量损失的变化规律,并针对三北地区进行了寿命预测。研究表明:再生砖粉ECC的质量、抗压强度、相对动弹性模量损失率随着冻融循环次数的增加而增加。在300次冻融循环时,再生砖粉ECC的质量损失率小于5%,抗压强度损失率小于20%,相对动弹性模量损失率小于40%。且再生砖粉ECC在三北地区的寿命预测高于50年,可满足寒冷地区工程需要。

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明:HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949~1.068和0.938~1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。