Coupling Mechanism of Saturated Concrete Subjected to Simultaneous Fatigue Loading and Freeze-thaw Cycles

The coupling mechanism of saturated concrete subjected to simultaneous 4-point fatigue loading and freeze-thaw cycles was, for the first time, experimentally studied by strain technology. The coupling strain, temperature strain and fatigue strain of concrete specimens were measured at the same time from one sample with stain analysis method and the relationship among these three kinds of strains was studied by fitting data to present coupling mechanism at macro level. The results showed that there was no interaction between fatigue strain and temperature strain and the coupling strain could be written by linear superposition of temperature strain and fatigue strain.

干法连接装配式混凝土联肢墙抗震性能试验研究

为提高施工效率,充分发挥装配式结构的拼装优势,提出了一种用于装配式混凝土联肢墙的干式连接方法,在联肢墙的连梁跨中断缝,采用高强度螺栓和预埋连接钢板实现快速干法连接。为研究干法连接装配式联肢墙的抗震性能,对1片整浇联肢墙和1片采用干法连接的装配式联肢墙试件进行了低周往复加载试验。研究结果表明:干法连接节点可以有效传递预制联肢墙之间的相互作用力,实现“强墙肢和弱连梁”的性能目标;干法连接装配式联肢墙的滞回特性与现浇联肢墙相似,二者初始弹性刚度接近,加载后期因节点变形造成墙体刚度和承载力下降,但其变形能力和耗能能力更强。基于试验结果,提出的干法连接装配式混凝土联肢墙的承载力计算方法,反映了干连接节点的传力特点,可用于该连接形式的分析和设计。

铁尾矿粉混凝土在荷载与硫酸盐干湿循环耦合作用下的性能劣化机理

铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土有助于固废高值化利用和节能减排,而关于铁尾矿粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的研究,大多只考虑了单一条件或者加速条件环境,其在多种环境耦合下的劣化特征尚未得到探究.本文将铁尾矿粉作为矿物掺合料应用于混凝土中,以相对动弹性模量、质量损失率为性能指标,研究荷载-硫酸盐干湿循环耦合作用下铁尾矿粉混凝土劣化过程,探究铁尾矿粉掺量和荷载率对铁尾矿粉混凝土内部劣化的影响,结合扫描电镜(SEM)、X-ray衍射分析(XRD)、压汞(MIP)等微观手段揭示铁尾矿粉混凝土在耦合作用下损伤劣化机理.结果表明:适量铁尾矿粉的掺入有利于其与矿粉的协同水化作用,提高混凝土水化程度和基体密实度,减少硫酸根离子传输路径,提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力;荷载的施加使试块内部微裂纹宽度和数量增加,为硫酸根离子的进入提供更多渗透路径,加速铁尾矿粉混凝土损伤劣化过程;耦合作用使得铁尾矿粉混凝土内部损伤不断累积,在微观上表现为结构的疏松和裂缝的衍生扩展,在宏观上表现为力学性能的衰减和整体结构完整性的下降.

盐渍土环境下聚丙烯纤维混凝土柱抗震性能

为了研究盐渍土环境耦合荷载下聚丙烯纤维锂渣混凝土(PLiC)柱的抗震性能,以侵蚀天数、轴压比、耦合应力比为主要变量,设计并制作8根PLiC柱试件和3根钢筋混凝土(RC)柱试件.采用8.3%(质量分数)NaCl+10%(质量分数)Na2SO4的溶液,浸泡施加持续荷载后的试件.在浸泡侵蚀完成后,分别对11根试件进行低周往复循环荷载试验,分析各试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性及刚度退化等,明确PLiC柱和RC柱在不同变量下延性及耗能能力的变化规律.结果表明,PLiC柱的耐盐渍土侵蚀性能优于RC柱.随着侵蚀时间的增加,PLiC柱和RC柱耗能能力均出现先下降后上升的趋势,延性均持续下降,PLiC柱的下降幅值小于RC柱.当轴压比从0.2增加至0.3时,PLiC柱在相同加载位移时的总耗能增大.随着耦合应力比的增大,试件的耗能、刚度退化均呈现下降的趋势.

双肢砌体墙的抗震性能与水平承载力计算模型

双肢砌体墙是将两个独立墙肢联系在一起共同受力的联肢构件,是砌体研究中由构件上升到结构的中间环节。现有双肢墙试验多采用由两片矩形立面墙肢组成的试件,将复杂立面双肢墙的开裂破坏规律、承载力等与单片墙进行对比分析,对于研究结构层面的抗震性能有着重要意义。在单片砌体墙试验基础上,设计3片典型立面形状双肢砌体墙进行低周反复荷载试验,对比分析各双肢墙体的滞回曲线、承载力等抗震性能差异;结合试验现象建立“L”形立面砌体墙转动破坏模式下的水平承载力计算方法,并与试验数据进行对比分析。结果表明:承受不同水平方向荷载作用时,非对称立面形状砌体墙抗震能力具有明显的方向性特征;双肢砌体墙的裂缝开展规律及破坏形态总体上与单肢墙一致;水平承载力计算方法与墙体实际破坏模式有较好的对应性,相对于窗间墙受剪破坏有着更明确的物理意义,承载力计算结果与单片墙和双肢墙试验值均有较高的吻合度。

基于CT的干湿循环-动荷载贯序耦合作用下压实粉质黏土细观结构特征研究

为进一步揭示多因素耦合作用下服役期路基土体性能劣化机制,在前期工作基础上,采用CT扫描技术对经历不同干湿循环、动荷载条件的压实粉质黏土试样细观结构特征开展研究,分析干湿循环-动荷载贯序耦合作用对试样孔隙三维空间分布、孔隙体积统计分布、图像灰度统计指标的影响规律,分析试样宏观性能与细观结构特征的关系。试验结果表明:干湿循环作用会导致试样产生更多大孔隙和贯通裂隙,动荷载作用可以使因干湿循环产生的部分孔隙或裂隙闭合;随着干湿循环和动荷载的贯序耦合作用,试样中的小孔隙数量呈增多趋势;干湿循环作用均会导致孔隙总体积增加,动荷载作用则会使孔隙总体积减小;试样细观结构特征参数可以用于解释试样宏观性能演化规律。

荷载-干湿交替-硫酸盐耦合作用下混凝土损伤过程

研究了弯曲荷载-干湿交替-硫酸盐三因素耦合作用下的混凝土损伤劣化过程,采用环境扫描电镜(ESEM)观察了耦合作用下的混凝土微观结构演变过程.结果表明,与单一硫酸盐侵蚀相比,弯曲荷载和干湿循环都加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度,但干湿循环的加速损伤作用更加明显.三因素耦合作用时,当荷载率低于40%时,干湿循环是加速混凝土损伤劣化的主要因素;而当荷载率达到60%时,荷载引起的力学损伤是导致混凝土劣化的主要因素.试验还表明,在荷载-干湿交替耦合作用下,混凝土强度等级越高其抗硫酸盐侵蚀能力越强,硫酸盐浓度越大混凝土损伤越明显,粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可显著提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力.

湖泊氮磷循环的关键过程与定量识别方法

针对湖泊氮磷循环的3个关键过程:源过程、去除过程和内部转化过程,识别不同过程(如底泥释放、反硝化等)对湖泊的影响机制及其对富营养化的贡献,总结对比湖泊氮磷循环及其关键过程的实验与模型等不同研究方法的优劣。基于文献综述分析提出,未来的研究需将机理模型、实验观测及室内模拟结合起来,通过机理模型定量表征氮磷循环的物质平衡,辅以实验观测识别关键过程,通过室内模拟实验分析循环关键过程的影响因素与响应机制。这种多层次多手段的研究方法体系可以为湖泊氮磷循环的深入探究提供技术支持。

动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析

阐述了岩石在动静组合载荷作用下使用应变能密度定义破坏准则的适用性。分析认为,岩石破坏的应变能密度的临界值与岩石破坏之前的不可逆变形过程和外界条件有关,而不可逆变形过程主要是由于岩石的非弹性变形、损伤和其他内部耗散机制引起的,且反映静水压力的体积变形能在某些应力状态条件下的岩石破坏中是不能忽略的。提出用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产生以及加载速率的影响,并以机械模型为基础,求出受一维静载岩石在动载作用下破坏应变能密度的临界值。同时,根据静力预加载结构的冲击屈曲突变模型,建立了静加载岩石系统的冲击破坏模型,进一步分析了动静组合加载下岩石的破坏。最后,采用低周疲劳加载方法在Instron电液饲服控制材料试验机上进行了红砂岩中应变率下的动静组合加载破坏试验,对应变能密度准则和突变理论模型进行了验证。结果表明,理论模型与试验结果有较好的一致性。

水-温-荷耦合作用下沥青混凝土疲劳寿命

对粗、中、细3种不同级配类型的AC-25沥青混凝土进行冻融和未冻融条件下劈裂疲劳试验,得到应力疲劳方程和应变疲劳方程,分析了水、温、荷耦合对沥青混凝土疲劳寿命的影响.研究结果表明：沥青混凝土疲劳寿命与其劈裂强度呈现明显的相关性,劈裂强度越低,相应疲劳寿命越小;不同级配类型的沥青混凝土疲劳性能优劣顺序依次为粗〉细〉中;在应变模式下,温度对沥青混凝土疲劳寿命的影响不明显,且可将不同温度下应变疲劳方程采用统一的表达式进行拟合,揭示了沥青混凝土应变疲劳过程与温度无关的规律;对于未冻融的粗级配沥青混凝土,其疲劳寿命随温度提高而明显缩短;经一次冻融循环后,在同一应力比下疲劳寿命降低约10%~35%,而在同一应力水平下疲劳寿命降低约75%~80%.

热循环加载条件下焊点形态参数对板级光互连模块对准偏移影响分析

建立光互连模块有限元分析模型并进行热循环加载有限元分析,获取了垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)与耦合元件间的位置偏移;采用正交实验设计法设计了不同焊点结构参数组合并建立有限元模型,计算相应焊点形态参数组合下的位置偏移数据并进行方差分析.结果表明:在一个热循环周期内低温保温结束时刻位置偏移最大;外端光通道的位置偏移比中间光通道的偏移值大;在置信度为95%时VCSEL焊点高度对对准偏移具有显著影响,因素显著性排序由大到小依次为:VCSEL焊点高度、陶瓷基板焊点高度、VCSEL焊点体积和陶瓷基板焊点体积;单因子变量分析表明,位置偏移随VCSEL焊点高度增加而增大.

发动机振动对排气歧管低周疲劳寿命影响研究

发动机排气歧管在动态热负荷与整机振动载荷耦合作用的恶劣环境中工作,在热负荷单独作用时其部分区域就已经发生塑性变形,而整机振动载荷的耦合作用将使其疲劳失效问题更为严峻。为量化整机振动载荷对排气歧管低周疲劳损伤的影响,以某三缸增压发动机为研究对象,首先,基于流固耦合方法获得了排气歧管在标定工况和怠速工况下内外流场的换热边界,并联合增压器、催化器等部件温度和换热边界对两工况下排气系统的温度场进行计算。然后,根据温度场计算结果,耦合螺栓预紧力的作用,对怠速工况下的弹性应力场以及标定工况下的弹性和弹塑性应力场进行了计算,并基于标定工况下的弹塑性应力场,应用模态瞬态动力学对标定工况下的整机振动载荷作用下的动应力进行分析。最后,依据标定和怠速工况下的弹性应力场、标定工况下的动应力场结果,参照发动机低周疲劳试验标准分别建立了排气歧管常规高温低周疲劳与整机振动-热耦合低周疲劳分析模型,引入Neuber准则对两者的载荷谱进行应力—应变修正后采用主应变法进行疲劳寿命评估。结果表明:排气歧管疲劳破坏风险点主要位于高温拉应力区域,叠加振动载荷会使整体疲劳寿命下降接近25.2%,部分区域下降幅度甚至高达57%。研究结果为排气歧管整机瞬态振动-热耦合低周疲劳寿命预测提供了一定的理论依据和参考。

不同再生骨料取代率混凝土双肢剪力墙低周反复荷载试验研究

为了研究再生骨料对双肢剪力墙性能的影响,本文对4个1∶4缩尺的4层双肢剪力墙进行了低周反复荷载试验,各模型连梁跨高比均为1.0.模型1为普通混凝土双肢剪力墙,模型2、3分别为再生骨料取代率为50%、100%的再生混凝土双肢剪力墙,模型4为带暗支撑全再生混凝土双肢剪力墙.分析了各双肢剪力墙的抗震性能.结果表明:与普通混凝土双肢剪力墙相比,再生混凝土双肢剪力墙的抗震性能略差,且再生混凝土双肢剪力墙的抗震性能随再生骨料掺量的增加而下降;加配暗支撑可以使再生混凝土双肢剪力墙的抗震性能有效提高.建立了再生混凝土双肢剪力墙的承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好.

考虑耦合损伤的燃气轮机叶片材料高低周复合疲劳寿命研究

燃气轮机叶片在实际工作过程中,受到高低周载荷共同作用而易发生疲劳失效。针对高低周复合疲劳损伤演化和寿命预测比较复杂这一问题,考虑高低周载荷叠加形成的耦合损伤,建立了一种新的高低周复合疲劳寿命预测模型,在此基础之上,引入弱化函数描述某些低幅高周载荷对复合损伤的弱化作用,建立了具有低载强化寿命效应的高低周复合疲劳寿命预测模型。通过试验数据的验证分析并和Miner模型、Zhu模型的预测结果进行对比,建立的高低周复合疲劳寿命预测新模型的适用性和准确性较高,为叶片完整性设计、损伤分析和寿命预测奠定基础。

高镍铸铁排气歧管低周热疲劳研究

针对某新开发的车用高镍铸铁排气歧管进行了低周热疲劳寿命预测研究,为获取准确的热边界条件,采用STAR-CCM+与有限元软件进行基于疲劳寿命试验条件的非稳态耦合传热分析,得到了排气歧管的对流换热系数和温度场,建立了具有真实装配关系并施加螺栓预紧力的排气歧管有限元模型,在对等效塑性应变分析的基础上,结合Coffin-Manson公式进行寿命预测。结果表明,在排气歧管开发过程中,采用该方法可以快速对其热疲劳寿命进行评估。

交变荷载与腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝腐蚀行为特征及预测

为探究和预测交变荷载和腐蚀环境耦合作用下拉索钢丝的腐蚀行为,通过加速试验制定不同锈蚀等级下的钢丝锈蚀图例,测量了相应锈蚀等级下锈蚀钢丝失重量、名义抗拉强度和断后延伸率,使用图像小波分解技术探讨了HSV和RGB色彩模式在表征钢丝锈蚀图像整体颜色与局部边缘轮廓特征方面的适应性,分析了不同锈蚀等级下钢丝锈蚀图像小波系数分量的L1范数均值和L1范数百分比与锈蚀钢丝平均失重量的相关性,建立了钢丝平均失重量的预测模型。研究发现:交变荷载和盐雾环境耦合作用下拉索钢丝呈现出明显的局部坑蚀现象,且钢丝名义抗拉强度和断后延伸率均随锈蚀失重量的增加而减小;钢丝腐蚀形态的改变主要体现在腐蚀钢丝表观颜色浓度和亮度的改变,而HSV色彩模式中的饱和度分量可较好地反映钢丝锈蚀图像整体颜色的变化,RGB色彩模式中的蓝色分量可较好地反映钢丝锈蚀图像局部蚀坑周围局部亮度的变化;拉索钢丝腐蚀图像与腐蚀失重量、名义抗拉强度之间存在良好的线性回归关系,可用于预测钢丝锈蚀失重量和名义抗拉强度。

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。

干湿循环与荷载耦合作用下红黏土胀缩特性

为获取符合工程设计的实际参数,对常规固结仪进行了改造,提出了一种模拟土体在荷载作用下的干湿循环试验方法,对红黏土进行了有荷载条件模拟干湿循环过程的试验研究,得到其胀缩变形的变化规律。结果表明:该方法可以实现不拆卸试样干湿循环试验,克服了以前荷载为0的土体干湿循环试验的缺陷,为工程设计提供更加合理的技术指标;干湿循环下红黏土的胀缩变形不可完全恢复,上覆荷载可以抑制其膨胀性,增强其收缩性;荷载小于50kPa时,试样膨胀,且压实度越大和初始含水率越小,膨胀性越强;荷载大于100kPa时,试样收缩,压实度越小和初始含水率越大,收缩性越强;第1次干湿循环对红黏土胀缩性能影响最为显著,随着干湿循环次数的增加,胀缩率曲线越来越平缓,胀缩性能趋于稳定状态。

周期荷载作用下钢筋混凝土双肢剪力墙弹塑性分析的有限元法

建立钢筋混凝土双肢剪力墙弹塑性分析的有限元模型，采用有旋转自由度的高精度平面单元分析墙体在周期荷载作用下混凝土开裂、屈服和钢筋屈服的变化过程，为钢筋混凝土双肢剪力墙的抗震设计提供较精确的分析方法。

冷热−荷载耦合下锂渣混凝土梁的受弯承载力

为研究静载与冷热循环共同作用下锂渣混凝土梁的损伤机理和抗弯性能,对4组不同冷热循环次数(0、100、300)和静载水平(0、0.2、0.35)组合下的锂渣混凝土梁开展了抗弯加载试验。此外,基于轴心抗压试验得到的锂渣混凝土本构模型,通过对梁截面的受力分析,提出了冷热-荷载耦合下锂渣混凝土梁的受弯承载力计算公式。将公式所计算的结果同实测值对照,发现公式的计算结果均小于实测值,故在安全储备范围之内,可为大温差地区锂渣混凝土矩形截面梁受弯承载力的计算提供参考依据。