溪洛渡大坝混凝土芯样动态轴拉试验研究

利用MTS大型静、动材料试验机对溪洛渡大坝混凝土芯样开展了动态轴向拉伸试验研究,试验共计32个φ220 mm×440 mm圆柱体试件。试验分别开展了不同应变速率(1×10^(-6)/s、1×10^(-4)/s、5×10^(-4)/s、1×10^(-3)/s)下静、动态单调加载和预加不同初始静载(0%、30%、60%)的单调动态加载(5×10-4/s)。大坝混凝土芯样试验成果,揭示了当前溪洛渡大坝混凝土的静态抗拉力学特征及在动态荷载作用下抗拉强度、峰值应变和吸能能力等随应变速率的变化规律,以及初始持续静态荷载对动态抗拉性能的影响。通过试验数据拟合及统计分析,建立了溪洛渡大坝混凝土的抗拉应力应变曲线解析表达式。试验成果将为溪洛渡大坝抗震深化研究提供科学依据。

混凝土轴拉试验轴拉保证措施的研究

混凝土轴拉试验中,能否达到满意的"轴拉"效果是试验成败的关键.通过对国内混凝土轴拉试验,在制作中和试验中的轴拉保证措施进行分析和比较,得出了一般性的结论和建议.对解决轴拉试验中的对中问题具有一定的参考价值.

钢筋混凝土剪力墙轴拉试验和轴拉刚度理论分析

文章完成截面纵筋率为1.7%、2.5%的钢筋混凝土剪力墙轴拉试验。试验结果表明:剪力墙轴拉刚度在混凝土开裂前由钢筋和混凝土共同提供,并随轴拉力的增加逐渐下降;在混凝土开裂时轴拉刚度迅速下降;在开裂后混凝土退出工作,轴拉刚度逐渐趋于截面纵筋刚度。基于试验结果,完成剪力墙的轴拉受力特性和刚度变化特征的理论分析,提出能够描述钢筋混凝土剪力墙轴拉刚度变化特征的二阶段计算方法:在混凝土开裂前及开裂时根据混凝土本构模型获得的受拉弹性模量进行计算,在开裂后则引入纵向受拉钢筋应变不均匀系数进行计算。由此得到的理论值与试验结果更为吻合,更能反映剪力墙在轴拉阶段的受力和刚度变化特征。

配筋混凝土轴拉试验方法及装置研究

基于钢衬钢筋混凝土压力管道的受力特性,提出对配筋混凝土进行轴拉试验研究;对试验研究方法和装置进行了设计。分别从试件设计、试验装置、原材料处理、数据的采集与处理这几个方面做了研究与探讨。在配筋混凝土轴拉试验的基础上,提出通过分离钢筋和混凝土所承担的荷载,从而得到得到适用于钢衬钢筋混凝土压力管道外包混凝土的拉伸应力-应变全曲线。

Kapton薄膜偏轴拉伸试验研究

为深入揭示Kapton高分子膜材强度和刚度特征,对其进行7个偏轴角度(0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°)下的单轴拉伸试验,获得了材料在各角度下的应力-应变关系、强度和断裂延伸率等数据,推导了相应的弹性模量-应变关系。结果表明:Kapton薄膜为典型的非线性、各向异性材料,整个拉伸过程的应力-应变曲线可以分为3个阶段,即近似弹性段、应变强化段、应力强化段;Kapton膜材强度随偏轴角度的变化表现出“N”形分布规律,异于Tsai-Hill等强度准则的“U”形规律,这是由于膜材内部分子链的择优取向,导致偏轴角度30°时抗拉强度最大,偏轴角度60°时抗拉强度最小;断裂延伸率随偏轴角度的增大呈现出增大的趋势;不同偏轴角度下的弹性模量均有所差异,正交各向异性板的弹性理论可以较好预测Kapton膜材的等效弹性模量;研究所得结论可为Kapton膜材强度、变形预测及相应的充气可展结构设计分析提供参考。

混凝土轴心受拉声发射Kaiser效应试验研究

通过对48个试件进行轴拉声发射试验,研究混凝土试件在往复循环拉伸加载条件下Kaiser效应的有效性及其应力范围,探讨混凝土材料中Kaiser效应与Felicity效应的关系,并就Kaiser效应的影响因素进行系统全面的分析。结果表明:混凝土在轴心受拉试验中存在明显的Kaiser效应,其存在的机理是混凝土材料损伤不可逆的结果。Kaiser效应存在的应力上限值约为极限抗拉强度的80%。Felicity比随着相对应力水平的提高而单调下降,当达到较高的应力水平后,Felicity比迅速下降,Kaiser效应衰退,出现Felicity效应。加载速率对混凝土轴拉声发射Kaiser效应基本没有影响;而加载制度、应力水平、卸载后放置的时间以及干湿条件等对混凝土轴拉声发射Kaiser效应产生较大的影响。研究结果为应用声发射技术探讨混凝土拉伸破坏机理奠定基础,同时也为Kaiser效应的工程实际应用提供参考。

节段预制胶拼构件轴拉强度试验研究

胶接缝抗拉强度是节段预制拼装混凝土梁抗裂性检算的重要依据。为研究节段预制胶拼构件轴拉强度,设计制作了4个预制胶拼单键混凝土轴向拉伸构件,研制了轴向受拉加载装置,进行了胶拼构件轴向拉伸破坏试验。试验结果表明,胶拼构件轴向受拉破坏过程发展较快,具有明显的脆性破坏特征。构件受拉断裂位置为胶接缝附近,胶接缝的破坏属于混凝土内聚破坏。试验构件的接缝抗拉强度为2.94~3.24 MPa,平均值为3.17 MPa,具有一定的抗拉性能。将试验结果与相关规范进行对比,并简要分析轴拉强度影响因素。建议在预制节段胶拼桥梁的抗裂性设计中,可以适当考虑胶接缝的抗拉强度,减少预应力钢筋用量,提高设计经济性。

装配式NC板UHPC湿接缝轴拉性能试验研究

装配式混凝土结构因施工便捷、节约工期等优势被频繁应用,常规混凝土结构使用的湿接缝为普通混凝土(NC),但是NC湿接缝与原结构粘结强度不高,导致接缝处出现了大量的病害。而超高性能混凝土(UHPC)有着更小的级配作湿接缝时与原NC结构具有更好的粘结强度,但目前国内对装配式NC-UHPC湿接缝轴拉性能研究较少,故本试验设计NC和UHPC两种湿接缝共6个试件并结合有限元分析,来探讨其轴拉性能。经试验和有限元分析后得出结论:UHPC作湿接缝时装配式NC-UHPC结构的轴拉性能远优于NC湿接缝,试件的初裂及极限荷载均远超NC接缝,故可考虑UHPC作为湿接缝应用。

配筋UHPC轴拉构件裂缝宽度计算方法研究

为建立配筋UHPC轴拉构件的裂缝宽度计算方法,文章首先开展了5组配筋UHPC构件轴拉试验,并分析试件的裂缝发展情况和名义开裂应力,然后评估《钢纤维混凝土结构设计规程》(CECS 38—2004)规程和法国NF P18-710规范公式计算配筋UHPC轴拉构件裂缝宽度的适用性,最后提出了考虑UHPC抗拉强度作用的配筋UHPC轴拉构件裂缝宽度计算公式,并验证了其适用性。结果表明:(1)配置钢筋和采用定向分布纤维可有效地限制UHPC裂缝扩展,且增大配筋率有利于减小UHPC裂缝宽度,而基于ZnPh溶液的纤维界面处理对UHPC裂纹宽度扩展的影响较小。(2)法国NF P18-710规范可较好地预测本文配筋UHPC轴拉构件的裂缝宽度,而CECS 38:2004规程则明显低估了本文配筋UHPC轴拉构件裂缝宽度。(3)考虑UHPC抗拉强度参与受力的配筋UHPC轴拉构件的开裂截面钢筋应力公式预测结果与试验值吻合良好,实测值与计算值之比的均值在1.00~1.33,标准差在0.03~0.48。(4)基于综合理论提出考虑UHPC残余抗拉强度和钢纤维增韧保护层UHPC影响的平均裂缝间距公式,并进一步修正了配筋UHPC轴拉构件裂缝宽度公式,修正公式预测值与本文实测值、其他文献报道实测值均吻合良好,可为UHPC结构设计规范的编制提供参考。

钢筋钢纤维混凝土轴拉构件裂缝性态试验研究

考虑钢纤维体积率与配筋率两个主要因素,设计并开展了15个钢筋钢纤维混凝土轴拉构件的拉伸试验,分析钢纤维掺率对裂缝性态的影响。结果表明,当钢纤维体积率在0. 5%～2%之间时,与不掺钢纤维相比,试件的初裂荷载提高了14. 9%～52. 8%,最大裂缝宽度降低2. 6%～37. 5%,钢纤维的掺入对裂缝间距没有显著影响;与纤维混凝土结构技术规程对比表明,规程计算的最大裂缝宽度结果偏保守,对裂缝宽度计算公式的使用提出建议,以期为钢筋钢纤维混凝土结构设计提供建议与参考。

柔性法兰节点轴拉承载力试验及盘面变形计算

柔性法兰是一种构造简单、盘面平整的钢管连接节点形式,通过内、外两道环向角焊缝传力。研究了柔性法兰节点轴心受拉承载力特性,以法兰盘厚度为参数,开展柔性法兰轴拉承载力试验研究,考察了柔性法兰盘面变形特点及节点应变发展规律,发现增大法兰盘厚度可使柔性法兰轴拉屈服承载力提高约15%。建立柔性法兰的非线性有限元模型,分析了轴拉作用下柔性法兰的变形特性及法兰盘和内、外角焊缝的应力分布及发展情况。分析结果表明:法兰盘根部内缘张开,外缘顶紧,盘面中部应力最大,与试验结果吻合良好。最后,提出轴心受拉柔性法兰盘面变形计算方法,建议法兰盘根部变形修正系数取1.4,提出的盘面变形计算公式可供柔性法兰设计时参考。

钢管柔性法兰轴拉承载力试验及内外角焊缝受力特性分析

柔性法兰通过内外两条环向角焊缝与钢管连接。相关技术规范规定了轴拉、偏拉下柔性法兰的承载力计算公式,但未考虑到柔性法兰角焊缝受力的复杂性。开展柔性法兰的轴拉承载力试验研究和相应试件的有限元模拟,考察柔性法兰的轴拉承载力特性,重点研究柔性法兰内外环向角焊缝的受力机理及轴力分担比例。研究表明,轴拉力作用下外焊缝与主管连接处存在较大应力集中;外焊缝为柔性法兰的主要传力焊缝,而内焊缝在传力的同时有效保证了法兰节点的安全稳定;轴拉受力时外焊缝与内焊缝应力比在2.0以上,设计及加工时应特别注意外焊缝的计算及焊接质量,而内焊缝焊脚尺寸可以是外焊缝焊脚尺寸的60%~100%,该研究成果可为柔性法兰及其焊缝设计加工提供参考。

岩石三轴拉伸试验装置研制及其应用

为准确地测量岩石试样在不同围压作用下的拉伸强度与变形特性,对用于岩石三轴压缩试验的MTS815材料试验机为主体设备进行了一系列技术改造,一方面设计加工了一套试验机活塞与三轴室的随动连锁装置,使原本只能提供压缩载荷的MTS815试验机也能精确提供轴向拉伸荷载;另一方面设计开发一种多自由度岩石试样三轴拉伸夹具,解决岩石等脆性材料在拉伸过程中难以始终保持对中的技术难题。提出一套完整的测试技术方法,能实现0~140 MPa围压范围内各种岩石试件的复杂三轴直接拉伸测试研究,利用研发的配套装置与测试方法对页岩试样进行了三轴拉伸试验。结果表明,试验装置和试验方法完全能够进行不同围压条件下的岩石三轴拉伸试验,得到相应的三轴拉伸试验曲线;页岩在低围压和高围压下呈现不同的破坏特征和破坏形式,低围压下依然呈现脆性特征,高围压下则是由脆性向塑性转换。

压实黏土拉压组合三轴试验和扩展邓肯张模型

采用研制的卧式三轴拉压试验仪对糯扎渡和双江口心墙堆石坝心墙土料进行了常规三轴压缩试验、三轴拉伸(伸长)试验和三轴压缩–拉伸组合试验。根据试验结果,研究了压实黏土在三轴压缩、拉伸以及从压缩到反向拉伸状态下的应力应变特性。在此基础上,对邓肯张EB模型的应用范围进行了扩展,扩展后的模型可描述压实黏土从压缩到反向拉伸过程的变形特性,可用于进行土体张拉裂缝扩展问题的模拟计算。

钢管-RPC轴拉承载力试验研究

为了确定钢管-钢纤维活性粉末混凝土(RPC)轴拉性能,通过共40根钢管-RPC试件的轴拉试验,对比分析了不同养护温度、钢纤维体积掺量和钢管壁厚的钢管-RPC轴拉试件的应变增长模式和破坏机理。研究结果表明,钢管-RPC轴拉荷载-应变增长模式与钢管混凝土类似;钢管-RPC初裂荷载约为峰值荷载的25%;钢管-RPC的轴拉极限承载力可参考钢管混凝土抗拉承载力的定义方法进行确定。

钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验研究

完成了截面纵筋率为3%,剪跨比为1.5的2片钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验。当剪力墙反复处于拉剪、压剪受力状态时,剪力墙在拉剪阶段屈服,在压剪阶段发生脆性受压破坏。当承受的拉力较小时剪力墙为大偏心受拉,斜裂缝处竖向和水平分布筋屈服;当承受的拉力较大时剪力墙为小偏心受拉,水平通缝处截面纵筋屈服。剪力墙受压时刚度大,端部纵筋受拉后再受压容易屈曲,因此其抗压剪承载力先于抗拉剪承载力达到峰值,抗压剪承载力因混凝土的受压脆性经过峰值点后迅速下降。与拉剪受力相比,剪力墙在压剪受力时的承载力高、变形小。剪力墙的抗拉剪、抗压剪承载力和抗压剪变形能力随目标轴力幅度的提高而下降。与定轴力受剪试验结果相比,剪力墙在拉压变轴力受剪时的抗拉剪承载力降低,抗压剪承载力未有显著变化。轴拉力不仅会降低剪力墙的抗剪承载力,还会加大剪力墙受拉、受压时抗剪承载力的差异,因此应控制底部剪力墙受拉,并控制墙体受拉水平。

三轴拉伸试验下K0固结饱和黏土的动剪切模量和阻尼比

开展一系列的等幅循环应力的K0固结饱和黏土的循环三轴拉伸试验,结果表明动剪切模量G不仅与循环剪应变γcy有关,还与累积应变γp有关。为了进一步研究其影响,开展逐级加载的循环三轴拉伸试验。结果表明,随着累积应变的增加,初始动剪切模量Gmax逐渐下降。在某一围压下以Gmax作为归一化参数,建立G/Gmax-γcy关系,验证在其他围压下具有较好的适用性。累积应变、围压对阻尼比影响不大,可以认为阻尼比随振动剪应变有唯一对应关系。根据一组循环三轴拉伸试验下建立的动剪切模量和阻尼比关系,可以应用到其他应力组合的循环三轴拉伸试验。

混凝土轴拉断裂声发射特性及尺寸效应研究

考虑高径比、缝径比和直径三种尺寸效应对混凝土轴拉力学特性的影响,针对8种不同尺寸的预制裂缝圆柱形混凝土试件开展了轴拉试验。结合声发射无损监测技术,分析了轴拉工况下混凝土内部声信号参数的变化特征,探究了混凝土试件的轴拉力学特性和尺寸效应。研究结果表明:混凝土的轴拉损伤机制受尺寸效应的影响,轴拉工况下试件声发射累计振铃计数随着缝径比的减小和直径的增大而增大,平均峰值频率随高径比的减小和缝径比的增大而增大。不同尺寸混凝土试件的声发射信号在各幅度波段的分布特征基本一致,b值主要在0.8~2.0范围区间内。除此以外,声发射总能量随试件高径比和缝径比的增大而减小,随试件直径的增大而增大,并构建了不同高径比、缝径比和直径混凝土尺寸效应与声发射总能量的关系式。

内配钢筋钢管混凝土构件轴心受拉性能研究

为研究内配钢筋钢管混凝土构件的轴拉性能,通过对9个试件进行轴拉试验,获得了试件的荷载-位移曲线,荷载-应变曲线和轴拉极限承载力等试验数据。结果表明:钢管混凝土构件在受拉荷载作用下,由于内部混凝土对外钢管环向收缩的约束作用,使其极限承载力相比空钢管提高约10%,内配钢筋在构件达到轴拉极限承载力时屈服。在试验基础上提出了用于分析轴心受拉构件的有限元模型,模型的计算结果与试验结果吻合较好。通过对比国内外相关设计规范规定的内配钢筋钢管混凝土构件的轴拉极限承载力的计算式,提出了该类型构件的轴拉承载力计算式,并将公式计算值与试验值进行了对比。对比结果表明:提出的轴拉承载力计算式与试验结果吻合较好。