基于切口梁弯曲响应的UHPC受拉性能反演分析

为了更加快速、准确地获取超高性能混凝土(UHPC)材料的拉伸性能,该文基于切口梁四点弯曲试验获得的荷载-切口张开位移(CMOD)响应,提出了一种UHPC拉伸性能简化反演分析方法。该方法采用了考虑裂纹局部化的非线性铰模型和可描述拉伸应变硬化或应变软化特征的多折线UHPC受拉应力-应变关系。通过5种钢纤维掺量的UHPC切口梁弯曲试验和轴拉试验的验证以及模型参数分析表明:在切口梁弯曲响应的离散性较低时,提出的计算模型能够准确地预测应变硬化和应变软化UHPC的受拉初裂强度和极限强度;随弯曲响应的离散性增大,轴拉应力的预测值与实测值的偏差越大;特征长度及特征点数量对应变软化UHPC受拉应力-缝宽曲线预测结果的影响较小,但对于应变硬化UHPC,特征长度的增大和特征点的减少都会导致其极限强度预测值偏高。通过应用表明:采用基于荷载-CMOD响应的非线性铰模型预测UHPC的受拉性能具有较好的可行性。

小角度缠绕复合材料护岸管桩抗弯性能试验与设计

本文提出一种新型复合材料护岸管桩。该护岸管桩由纤维缠绕工艺制备的复合材料缠绕管制成。通过四点弯曲试验,得到试件的破坏模式以及荷载-位移关系,以此分析缠绕角度±55°、±15°以及是否浇筑混凝土对护岸管桩抗弯性能影响。结果表明:纤维缠绕角度由55°减小为15°与浇筑混凝土都能极大提高复合材料护岸管桩的刚度和抗弯承载力。在此基础上进行复合材料护岸管桩嵌固端深度计算公式推导,并给出护岸管桩的设计流程以及应用建议。这为之后复合材料护岸管桩应用于护岸工程提供了参考。

乳化沥青冷再生混合料疲劳性能及机理分析

乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳开裂性能会影响沥青路面结构层整体服役寿命。为了评价不同增强方式下乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳性能,以普通乳化沥青、外掺玄武岩纤维和SBR改性乳化沥青这3种冷再生混合料为研究对象,开展了乳化沥青冷再生混合料中梁试件的四点弯曲疲劳试验,建立了3种乳化沥青冷再生沥青混合料的疲劳方程,揭示了疲劳过程中动态弯拉模量和累积耗散能的演化规律。采用扫描电镜试验获取了乳化沥青冷再生混合料疲劳破坏界面的微观形貌。试验结果表明:动态弯拉模量衰减至初始模量的70%~80%即可能发生断裂。动态弯曲劲度模量比κ越小、累积耗散能越大,疲劳性能越好。SBR改性乳化沥青和外掺玄武岩纤维均可以改善乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能。SEM试验揭示了乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能增强机理。研究成果可为乳化沥青冷再生混合料的抗疲劳性能提升及其耐久性设计提供参考。

乳化沥青冷再生混合料断裂性能试验研究

乳化沥青冷再生沥青路面的开裂问题是制约其大规模推广使用的主要原因之一。为了研究冷再生沥青混合料断裂性能的评价指标及抗裂性能提升措施,以普通乳化沥青、外掺玄武岩纤维和SBR改性乳化沥青3种冷再生混合料为研究对象,开展了有预制裂缝中梁的四点弯曲强度试验及其断裂过程的声发射测试;以应变能释放速率、应力强度因子和声发射测试中所采集的能量及振铃计数‒撞击数等参数为评价指标,对比分析了3种不同乳化沥青冷再生混合料的断裂性能。试验结果表明:使用SBR改性乳化沥青和外掺玄武岩纤维均对乳化沥青冷再生混合料的抗断裂性能有较为显著的提升,且相比于使用SBR改性乳化沥青,外掺玄武岩纤维更为有效。振铃计数和撞击数参数可以较好地描述材料的断裂特征,声发射试验结果与断裂力学参数计算结果满足较好的线性相关性。声发射信号参数能够很好地描述乳化沥青冷再生混合料在四点弯曲试验中的断裂特征。

混杂纤维超高性能混凝土的弯曲力学性能研究

通过超高性能混凝土(UHPC)棱柱体的四点弯曲试验,研究了4种纤维掺量的长直型、端钩型和混合型钢纤维UHPC的弯拉性能,并与倒推分析法得到的UHPC拉伸性能进行对比。结果表明:纤维类型和纤维掺量对UHPC棱柱体弯拉性能的弹性阶段无明显影响,其影响主要作用在裂缝发展阶段;混合型纤维UHPC对弯拉性能的裂缝发展阶段改良效果最优,且混合型纤维提供的抗力效果较其他类型纤维更优。倒推分析法的初裂强度高于轴拉等效初裂强度,两者比值介于1.03~1.19。

超高性能混凝土受弯力学性能研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)的受弯力学性能,进行了5组UHPC四点抗弯试验,研究了纤维掺量对试件破坏模式、抗弯强度以及UHPC受弯力学性能的影响。试验结果表明:纤维的掺加,UHPC试件的破坏模式从脆性破坏转变成韧性破坏;钢纤维掺量小于5%时,单一型UHPC抗弯强度随着纤维掺量增加而增大;基于文章以及国内外研究人员的试验结果,根据UHPC的本构方程、截面平衡方程以及变形协调条件,推导了基于UHPC抗弯强度的抗拉强度理论计算公式,理论计算结果与试验结果吻合较好。抗拉强度与抗弯强度之间的比值约为0.366。

热拌及温拌再生沥青混合料疲劳特性研究

为了在路面养护工程中更好地利用再生沥青混合料,设计了RAP掺量均为80%的热拌及温拌再生沥青混合料,对其进行四点弯曲疲劳试验,采用耗散能法分析普通再生剂和温拌再生剂对再生沥青混合料疲劳性能的影响,并与新拌沥青混合料进行对比。结果表明:1)温拌再生沥青混合料的疲劳性能虽不及新拌沥青混合料,但显著优于热拌再生沥青混合料;2) 3种沥青混合料达到疲劳破坏时的累积耗散能和疲劳寿命在双对数坐标系中均呈现出良好的线性关系,且此关系不受再生剂种类及是否掺加RAP的影响,由此可通过线性拟合得到用累积耗散能表示的疲劳方程。

四点弯曲下3D端钩钢纤维混凝土开裂截面受力和变形规律研究

通过使用DIC非接触测量设备对四点抗弯试验下的3D端钩钢纤维混凝土梁构件表面变形情况进行了测量,得出了横向应变沿梁构件高度的变化规律;并基于损伤模型使用ABAQUS对试验结果进行了反分析,得出了抗弯构件开裂截面应力变化规律。结果表明,3D端钩钢纤维混凝土的抗弯荷载变化幅度较为缓和,具有良好的抗弯韧性;弯曲过程中,梁构件的横向应变沿高度呈线性分布,验证了平截面假定的正确性;钢纤维掺量能够影响弯曲过程中中性轴的位置,纤维掺量越高纯弯梁构件的弯拉区裂缝开展越缓;数值模拟的荷载-挠度曲线与试验结果较为匹配,且模拟结果与试验结果均显示裂缝在挠度为0.5mm时就已得到了充分的开展,模拟结果表明了裂缝的主要发展阶段集中在峰值点到挠度为0.5mm之间。

考虑多影响因素的配筋UHPC梁裂缝宽度计算方法

为建立适用于配筋超高性能混凝土(UHPC)梁的裂缝宽度计算方法,对8片UHPC-T形梁开展了四点抗弯试验,分析钢纤维体积分数、配筋率及保护层厚度对裂缝宽度的影响规律.基于钢筋-UHPC协同受力和变形协调机理,采用半理论半经验法构建了能综合反映多影响因素的最大裂缝宽度计算公式,并提出了适用于UHPC梁的钢筋应力、应变不均匀系数及平均裂缝间距计算方法.结果表明:在试验范围内,裂缝宽度随纤维体积分数、配筋率的提高而减小,随保护层厚度增加而增大;UHPC梁的钢筋应变不均匀程度大于普通混凝土梁;平均裂缝间距计算值与文献实测值最大相对误差为11.17%,最大裂缝宽度计算值与实测值、文献实测值之比的均值分别为1.02、1.01,变异系数分别为0.05、0.12,表明所提出公式可准确计算配筋UHPC梁的最大裂缝宽度.

纤维再生微粉混凝土抗弯与抗碳化性能试验研究

对混杂纤维(玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维)再生微粉混凝土进行四点弯曲试验和快速碳化试验,研究单、复掺纤维、水胶比及再生微粉掺量对纤维再生微粉混凝土弯曲性能及抗碳化性能的影响。研究结果表明,试件抗弯强度、抗碳化性能随水胶比、再生微粉替代率增加而降低;玄武岩纤维的掺加有利于提高混凝土的初裂荷载、抗碳化性能,PVA纤维的掺入可增强混凝土韧性;水胶比为0.28、再生微粉掺量为45%,玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维掺量分别为0.2%、1.7%复掺时,混凝土弯曲韧性最佳,但抗碳化性能较差。

基于C#Winform上位机的玻璃四点弯曲试验机电控设计

以ARMCortex-M3处理器STM32F103ZET6为核心的下位机,结合伺服电机和Winform上位机控制软件,设计并实现四点弯曲试验机电控系统。该四点弯曲试验机为高精度设备,测试过程中设备弯曲强度以2 MPa/s对试样进行恒加压测试,专用于光伏玻璃的弯曲强度的测试,在光伏玻璃的测量领域有着广泛的应用。

竹帘竹胶合板弹性常数的动态测试与分析

竹胶合板的弹性常数是决定其力学性能的重要指标。为了快速、简便、准确地检测竹帘竹胶合板的弹性模量、剪切模量和泊松比,采用自由板模态法和自由板瞬态激励法动态测试了竹帘竹胶合板的纵、横向板试件的弹性模量E和剪切模量G,采用悬臂板瞬态激励法动态测试了竹帘竹胶合板的泊松比μ;利用静态四点弯曲法试验验证了动态测试竹帘竹胶合板弹性模量、剪切模量和泊松比的准确性与可靠性;并对整板的质量等级、均质性和尺寸效应等进行了机理分析与评价。结果表明:竹帘竹胶合板的动态弹性模量、剪切模量和泊松比均值分别为0.7 GPa、1300 MPa和0.12,均符合GB/T13123—1991和LY/T 1575—2000中一等品规定要求;竹帘竹胶合板不满足G=E/2(1+μ)的关系式,为各向异性材料;动静态法测试得到竹帘竹胶合板试件弹性常数值一致,且动态测试法具有快速、简便、重复性好和精度高等优点。

瞬态激励法动态测试重组竹弹性模量、剪切模量和泊松比

重组竹是一种竹质新材料,其是以竹束为构成单元,经干燥与施胶后于模具中胶合而成的一种型材,完全弥补了原生竹材的结构缺陷。重组竹拥有良好的力学性能、优良的质感以及较高的美学价值,且其本身为绿色环保、可持续供给的生物质材料,因此作为建筑材料的潜力极强。弹性常数是衡量重组竹作为建筑材料的力学性能重要指标,为了快速、简便、无损、准确地检测重组竹材料的弹性常数,分别采用自由板和悬臂板瞬态激励法动态测试了重组竹试件的弹性模量E、剪切模量G和泊松比μ,利用静态四点弯曲法试验验证了重组竹动态弹性模量、剪切模量和泊松比的准确性和可靠性,并对重组竹整板质量等级、均质性和尺寸效应等进行了机理分析与评价。结果表明,重组竹的动态弹性模量、剪切模量和泊松比均值分别为11797 MPa,1579 MPa和0.311,符合GB/T 40247—2021《重组竹》中结构用重组竹的要求。重组竹为各向异性材料,动、静态法测得的重组竹试件弹性常数一致,且本动态测试法相较于其他传统方法具有快捷、便利、重复性好和精度高等优势。

折线先张法Bulb-T梁抗弯性能有限元分析

为克服传统直线先张法预应力钢筋混凝土梁跨越能力差的问题,建立折线先张法Bulb-T梁非线性有限元模型,研究主梁材料、桥面板厚度、桥面板材料及受拉压区纵筋直径对抗弯性能的影响。结果表明:基于ABAQUS可精确地模拟折线先张法Bulb-T梁在四点弯曲试验下的破坏形式及受力性能;Bulb-T梁抗弯性能对主梁材料变化较敏感,采用UHPC作为主梁材料可大大提升主梁抗弯承载力和损伤容限;提升桥面板材料性能对改善Bulb-T梁抗弯性能影响较小;Bulb-T梁由于上翼缘厚度不足易出现受压破坏,导致主梁受弯不充分,增设桥面板、提高桥面板厚度、适当增大受拉压区纵筋直径可明显改善整体抗弯性能。

连续碳纤维带树脂基复合材料的传感性能实验研究

利用连续碳纤维带、树脂溶液和薄衬底材料制作的碳纤维带树脂基复合材料传感器具有较好的传感性能。将碳纤维带复合材料粘贴在四点弯曲的钢梁上,对其频率响应、线性度、重复性、迟滞性和灵敏度特性进行试验研究。在拉应力为0～72.28MPa范围内,实验表明连续碳带智能传感材料具有较好的力敏效应,平均灵敏度高达87.82,可以定性判断脉冲载荷的大小。

基于超高性能混凝土弯曲拉伸特性的二次倒推分析法

为简便获得超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,简称UHPC)的受拉应力-应变曲线,提出考虑剪切变形和曲率分布非线性的二次逐点倒推分析法。基于不同浇注方式的四点弯曲试验梁的荷载-挠度曲线进行了二次倒推分析,并与直接拉伸试验结果及其他倒推法进行了对比。研究表明:1对于剪跨比和高跨比均为1/3的四点弯曲梁,跨中荷载-挠度曲线达比例极限时,剪切变形引起的剪弯挠度比可达24.8%,倒推分析不能忽略;2基于挠度测试的四点弯曲试验,二次倒推分析得到的UHPC材料应力-应变关系近似呈伪应变硬化特性,梁的荷载-挠度曲线比例极限点大致对应直接拉伸应力-应变曲线的线性偏离点;3二次倒推分析法求得的应力-应变曲线总体应力水平高于直接拉伸试验结果,且水平方向浇注的试件应力比垂直方向浇注的高约10%;4相对于其他倒推法,二次倒推分析法得到的本构曲线的应变特征值与直接拉伸试验结果吻合更好,二次倒推分析法用以获得UHPC材料受拉应力-应变关系的可行性较好。

冻融环境下混凝土的断裂损伤试验研究

为研究冻融作用后混凝土的断裂性能及断裂特征,依据GBJ82-85混凝土快速冻融循环试验方法,对24组共72块混凝土试件进行冻融试验.采用四点弯曲试验法分析了300次快速冻融循环条件下水灰比、引气剂对混凝土断裂韧度、断裂能及相对动弹模损失率的影响,并进行了混凝土形貌分析.结果表明,随冻融循环次数的增加,混凝土的断裂韧度、断裂能及相对动弹模损失率呈明显下降趋势,水灰比越大、混凝土随冻融循环次数增加损伤程度越大.引气剂能够大幅度降低由于冻融循环造成的混凝土结构的损伤,断裂能损失率与相对动弹模损失率之间具有良好的线性关系.

沥青混合料自愈合特性四点弯曲疲劳试验研究

通过应变控制四点弯曲疲劳试验,变化加载频率分析沥青混合料的即时自愈合,变化愈合温度、时间、荷载和损伤程度分析沥青混合料的后期自愈合.结果表明:沥青混合料的即时自愈合伴随加载产生,愈合效果为SBS-AC13>TB-AC13>基质-AC13;愈合温度、时间、荷载对沥青混合料的后期愈合具有正面作用,而损伤程度具有负面作用;橡胶沥青混合料疲劳寿命对自愈合条件的依赖性小于SBS沥青混合料,对沥青用量变化敏感性低于SBS沥青混合料;橡胶沥青混合料的劲度模量恢复率大于疲劳寿命恢复率,且疲劳寿命恢复率的离散性较大,劲度模量恢复率的离散性较小.

沥青混合料疲劳自愈性能关键影响因素

为了研究不同沥青混合料疲劳自愈性能影响因素的显著水平,进行了有休息期和无休息期的沥青混合料室内四点弯曲疲劳试验.通过定义愈合指数,对不同因素条件下的沥青混合料疲劳试验结果进行灰关联分析,分别研究了沥青种类、沥青含量、空隙率、温度、休息期、损伤程度对沥青混合料疲劳自愈性能的影响程度.结果表明,基于愈合指数可得到即时的沥青混合料自愈合率,而无需等待疲劳试验结束.沥青种类对沥青混合料自愈合能力的影响最显著;休息期和损伤程度与沥青混合料的自愈合能力关联显著,其影响仅次于沥青种类;空隙率、温度、沥青用量则影响不显著.在工程实践中,可通过合理选择沥青种类、控制交通流量等方式提高沥青路面自愈合性能.

常温养护型超高性能混凝土的弯曲性能表征方法

采用4点弯曲试验方法对常温养护超高性能混凝土的弯曲性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上讨论了适于超高性能混凝土UHPC弯曲性能的评价方法.试验结果表明,UHPC没有明显的初裂点,但有明显的"挠度硬化"行为.结合不同钢纤维掺量下UHPC荷载-挠度关系曲线,分析总结了三种国外常用的弯曲性能评价方法(ASTM C1018法、JSCE SF4法和ASTM C1609法)的优点和不足.通过比较分析,ASTM C1609规定的不同挠度及其对应的弯曲强度给予了UHPC结构设计更为准确的指标,能满足UHPC结构设计的多种需求.