玄武岩纤维橡胶混凝土的抗冲磨性能

为提高混凝土的抗冲磨性能,研究粒状、针状、粉状橡胶对混凝土抗冲磨性能的影响,在粒状橡胶混凝土基础上掺入玄武岩纤维,研究纤维橡胶复合时混凝土的抗冲磨性能,结合SEM观察微观形貌,并分析其抗冲磨增强机理,运用分形维数表征混凝土磨损过程的形貌变化情况,并讨论分形维数与磨损程度的关系。结果表明:掺入15%的粒状、针状与粉状橡胶时,混凝土的抗冲磨强度分别提高了140.24%、157.96%、83.88%;当玄武岩纤维掺量为0.1%时,粒状橡胶混凝土抗冲磨强度提高了11.63%,纤维和橡胶能在不同层面上发挥作用,共同增强抗冲磨性能;混凝土磨损程度可用分形维数表征,随着时间的增加,混凝土磨损越严重,分形维数越大,得到了分形维数与质量损失率和体积损失率的关系,并建立了曲线方程。

ECC-混凝土叠合梁弯曲试验及裂缝发展的分形表征

为明确ECC(工程纤维增强型水泥基复合材料)-混凝土叠合梁抗弯性能及影响参数,并定性表征裂缝发展情况,设计、制作11根不同材料强度等级、配筋率、ECC层厚度、PVA纤维体积掺量的ECC-混凝土叠合梁及3根不同混凝土强度等级的混凝土梁进行四点弯曲试验,研究承载力、延性及裂缝发展等情况,并基于分形理论及数字图像处理技术,采用分形维数对不同影响参数下的叠合梁裂缝发展规律进行表征。结果表明:ECC-混凝土叠合梁较相同材料强度和配筋率的混凝土梁极限承载力和抗裂性能明显更优;材料强度等级提高,模型梁承载力及延性均提高;适筋范围内,配筋率越小模型梁延性越好;ECC层厚度对模型梁的承载力及延性影响不大;PVA纤维体积掺量为2.0%时,裂缝整体分布更均衡。计算分形维数得到的叠合梁表面裂缝分布具有自相似性;加载过程中叠合梁的分形维数小于混凝土梁,与试验结果相符,梁表面裂缝分形维数在一定范围内随着材料强度等级、配筋率、ECC层厚度、PVA纤维体积掺量的增加而降低,分形理论结合数字图像技术求得的裂缝分形维数可作为叠合梁裂缝分布及受弯损伤程度的定性表征指标。

钢纤维碱矿渣混凝土梁受弯分形特性试验研究

为研究不同钢纤维掺量对碱矿渣混凝土梁表面裂缝的扩展规律的影响,制作了8根不同钢纤维掺量的碱矿渣混凝土简支梁,测试并描绘试验梁在荷载作用下的裂缝发展、分布情况,并采用分形理论对梁表面裂缝情况进行分析。结果显示:表面裂缝呈现出自相似性,有明显的分形特征,试验梁表面裂缝的分形维数范围在1.291~1.154之间;分形维数与试验荷载间呈线性关系,钢纤维掺量越多,分形维数降低;分形维数和挠度为二次增加关系,随着钢纤维体积掺量的增大,分形维数和跨中挠度关系曲线的上升速率逐步降低。

声发射和分形理论的玄武岩纤维高强沙漠砂混凝土受剪梁损伤模型

以新疆地区沙漠砂作为细骨料部分替代工程用砂,并在混凝土中掺入适量玄武岩纤维,制作了9根不同剪跨比、玄武岩纤维掺量和配箍率的玄武岩纤维高强沙漠砂混凝土梁,通过两点对称加载进行受剪破坏试验。基于声发射技术与分形理论对受剪梁损伤演化过程进行研究,定量分析了受剪梁损伤演化与不同变量因素间的规律。研究结果表明:声发射累计能量的增长随梁的破坏过程呈指数趋势,能量参数及梁表面裂缝分形维数随荷载水平的增大而增大,最大分形维数达到1.2068。在相同荷载水平下,当剪跨比为1.5、纤维体积掺量为0.4%时,试验梁损伤最小。建立了基于声发射参数和试验梁表面裂缝分形维数的受剪损伤模型。

基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究

为了定量分析不同再生骨料取代率、不同废弃纤维掺量的废弃纤维再生混凝土梁的受弯开裂及裂缝发展特征,基于分形理论研究了不同再生骨料取代率、废弃纤维体积掺量钢筋混凝土梁构件的弯曲开裂演化过程;运用盒计数法理论对废弃纤维再生混凝土梁表面裂缝分布特征进行了分析,进而研究了再生骨料取代率、废弃纤维掺量对试件受弯性能的影响规律。结果表明:废弃纤维再生混凝土梁表面裂缝分布的分形维数在0.9~1.25之间,荷载和跨中挠度的增大对分形维数的变化有较大影响;随着废弃纤维掺量的增大,分形维数呈先减小后增大的趋势,在极限状态下,随着再生骨料掺量增大,分形维数变大;分形维数可以描述裂缝的发展过程,FRC-0.12-50的分形维数最接近NC-0-0;分形维数越小,梁的受弯性能越好,梁表面裂缝分形维数可作为衡量梁受弯性能的指标;采用分形维数分析试件的受弯性能可作为梁受弯性能研究及评定的一种有效技术手段。

基于CT图像处理技术的混凝土细观破裂分形分析

以单轴压缩条件下混凝土细观损伤演化的CT图像为研究对象,借助于数字图像处理技术对CT图像进行了阈值分割,提取出了图像中的裂纹形态,分析了单轴压缩条件下混凝土内部微裂纹的萌生、扩展和贯通的全过程,并利用差分盒维数法估算出图像裂纹扩展的分形维数.在此基础上,获得了载荷、扩展裂纹及分形维数三者之间的关系.结果表明:在单轴压缩条件下,定义的分形维数随着裂纹的扩展逐渐增加,可将细观结构分形维数作为研究混凝土细观裂纹扩展的定量参数.

锈蚀钢筋混凝土梁开裂的分形特征

基于电化学快速锈蚀混凝土梁的静载试验,分析了相同类型5片锈蚀钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝特征,证明了构件裂缝分布具有分形特性,在此基础上,利用分形理论研究了锈蚀钢筋混凝土梁开裂及破坏过程,讨论了裂缝分维数与荷载、跨中挠度及钢筋锈蚀率的关系.试验结果表明:随着试验梁上作用荷载的增加,构件裂缝的分维数逐渐增大;极限荷载下锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的分维数随着钢筋锈蚀率的增加而减小.

聚丙烯纤维混凝土早期塑性开裂特征及分形评价

目的研究了聚丙烯纤维对混凝土塑性开裂特征的影响,为改善混凝土塑性开裂提供理论依据.方法采用平板约束法,研究不同掺量、不同长度的聚丙烯纤维对混凝土塑性开裂特征的影响,并应用分形理论,计算了聚丙烯纤维混凝土塑性开裂的分形维数.结果聚丙烯纤维的掺入阻碍了裂缝的产生和发展,且随着体积掺量的增加、长度的增长阻裂效果增强;裂缝分形维数的发展随着纤维掺量的增加、长度的增长而减缓,裂缝复杂化程度减缓.结论聚丙烯纤维能有效地延缓裂缝的产生和发展;应用分形理论分析评价混凝土早期塑性开裂特征是十分有效的.

钢筋无机聚合物混凝土梁裂缝分形特征试验研究

在钢筋无机聚合物混凝土梁正截面抗弯试验过程中,取得各级荷载作用下梁侧面的裂缝图片;通过数字图像的盒计数法验证了钢筋无机聚合物混凝土梁侧表面裂缝的发展和分布具有分形特征,并确定了表征裂缝不规则发展的分形维数;证明了钢筋无机聚合物混凝土梁侧表面裂缝的盒维数与荷载、跨中挠度、混凝土应变、钢筋应变之间存在定量关系。试验结果表明:分形理论可以用来描述钢筋无机聚合物混凝土梁侧表面裂缝的发展过程,分形维数与梁的力学性能之间存在定量关系。

局部高密度钢纤维混凝土疲劳裂纹扩展实验研究

在混凝土弯曲构件底部用高密度钢纤维局部增强称为局部高密度钢纤维混凝土 (PHPFRC) ,与同样纤维掺量的传统钢纤维混凝土 (SFRC)比较 ,它可以用近似的价格获得高得多的力学性能 .本文对 PHPFRC缺口试件在循环荷载下的裂纹扩展规律进行了研究 ,发现裂纹并非是由一条主裂纹循序渐进地发展 ,而是随着循环次数的增加 ,呈多条短裂纹陆续出现、弥散式发展的趋势 ,说明在高密度纤维的增强下 ,混凝土的疲劳断裂由脆性向韧性转变 .根据实验及分析结果得出了两种纤维掺量下 PHPFRC试件的 Paris参数 ,并且用一个分维值 D的变化描述了裂纹的演化过程 ,发现裂纹失稳扩展前的临界分维值 Dc

废橡胶颗粒改性水泥基材料的塑性开裂和抗冲击性能

采用平板试验(包括分形维数分析)研究了橡胶砂浆的塑性收缩开裂性能,同时,采用ACI-544推荐的落锤法,研究了橡胶混凝土的抗冲击性能。结果表明,用橡胶颗粒等体积取代25%的砂,能有效抑制裂缝的产生和扩展,显著提高砂浆抵抗塑性收缩开裂的能力。此外,橡胶颗粒等体积取代25%的砂后,虽然混凝土抗压强度较素混凝土下降了34%,但其抗冲击次数却提高了6.2倍。复合掺加橡胶颗粒和1kg/m3的高弹性模量PVA纤维后,混凝土抗冲击次数是素混凝土的8.3倍,为单掺橡胶混凝土的1.3倍。

基于分形理论的钢筋混凝土梁式桥裂缝发育特征

采用分形理论分析了钢筋混凝土梁式桥裂缝的分布特征。实例计算表明:裂缝分布分维数可很好地表征裂缝的发育程度;桥梁主梁裂缝的分维数可以作为衡量结构老化程度的重要指标。

橡胶粉混凝土简支梁静力荷载下性能研究

研究了废旧轮胎橡胶粉混凝土简支梁和普通混凝土梁在静力荷载作用下的裂缝的产生发展、应变以及挠度等变化,研究结果表明:橡胶颗粒的掺入使得混凝土简支梁在相同静力加载状态下比普通混凝土构件裂缝出现晚,发展缓慢,相同条件下弹性应变和挠度大于普通混凝土梁,橡胶颗粒的掺加提高了混凝土梁的韧性。

钢筋混凝土受剪梁裂纹分形演化特征试验

通过5片不同剪跨比和箍筋配筋率钢筋混凝土梁受剪试验,应用计盒法研究了混凝土梁受剪裂纹扩展规律的分形特征。研究了剪跨比和箍筋配筋率对裂纹分形特征的影响,并分析了裂纹分形维数与荷载、挠度之间的关系。研究结果表明:混凝土梁受剪裂纹具有明显的分形特征,随荷载增大,裂纹分形维数线性增大,分形维数为0.9769~1.2767。随剪跨比增大,裂纹分形维数增长速率加快。随箍筋配筋率增大,裂纹分形维数增长速率降低。试验梁跨中挠度随裂纹分形维数增大而增大,两者成幂函数关系,且随箍筋配筋率和剪跨比增大,挠度随分形维数增长的速率降低。

冻融损伤混凝土梁抗力性能演化的裂缝分形特征

为分析冻融循环作用下钢筋混凝土梁受压区的表面裂缝分布特征,采用自主设计的混凝土梁反力试验架对受压区受冻融循环作用的梁进行抗弯试验,取得各级荷载作用下梁表面的裂缝图像。依据分形理论计算表面裂缝分布的分形维数,并讨论分形维数与梁的荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间的关系。研究表明,受压区冻融损伤的钢筋混凝土梁表面裂缝的分布符合分形特征,其分形维数与荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间均有一定关系,裂缝的分形维数可作为钢筋混凝土构件安全性能预测的指标。研究成果可为冻融损伤混凝土梁安全预测提供参考。

初始损伤钢筋混凝土梁分形损伤本构及受弯承载力研究

为明确初始孔隙在荷载作用下对混凝土结构的损伤及裂缝扩展路径的影响,设计并分别制作了初始孔隙为0%、2%、4%和6%的8根钢筋混凝土梁,开展单调静载受弯性能试验,分析其力学性能和表面裂缝分形维数变化情况。通过将裂缝分形维数引入混凝土本构关系中,提出了钢筋混凝土梁抗弯强度计算方法。研究结果表明:预制初始孔隙缺陷的钢筋混凝土梁仍满足平截面假定,预制孔隙一定程度削弱了混凝土的力学性能,同时跨中裂缝的产生、扩展和演化更迅速。裂缝扩展路径的分形维数可以反映钢筋混凝土梁的损伤程度及其破坏过程,本文建议的钢筋混凝土梁受弯承载力的理论值与试验值吻合较好。

优化分形维数计算方法

应用分形几何研究钢筋混凝土结构裂缝扩展形式。研究表明,结构表面裂缝的分形维数与结构力学性能之间存在良好的线性相关性;为了准确测定分形维数,结合工程实例,对比分析了盒计数网格法和数字图像盒维数法测得的分维值,并讨论了各自的优缺点及各自测定的条件,结论对分维值的准确测定能起到一定的指导作用。

混凝土早期随机塑性开裂特征及分形评价

针对混凝土早期裂缝日益严重的现象,研究不同水灰比混凝土早期开裂的规律及分形特征,为优化混凝土配合比减少早期裂缝提供理论依据。采用平板约束法对不同水灰比的混凝土的早期开裂进行测试;并应用分形理论测量并计算不同水灰比混凝土裂缝的分形维数。水灰比从0.44减小到0.28,6h裂缝总长增加2.1倍,最大裂缝宽度增加了5.9倍,分形维数从0.95增加到1.14。研究表明,水灰比的减小加剧了混凝土的塑性开裂;应用分形理论定量描述混凝土早期裂缝的分布规律是十分有效的,为评价早期开裂提供了有力的工具。

不同级配粗骨料对橡胶混凝土构件力学性能的分形研究

基于材性试验研究了粗骨料级配对橡胶混凝土构件强度及弹性模量的影响;通过三根不同级配粗骨料橡胶混凝土梁探讨了粗骨料级配对试验梁受弯承载力、挠度等方面的影响,并研究了三根橡胶混凝土梁在集中荷载下损伤演化过程的分形行为。用分形几何学研究橡胶混凝土梁的损伤演化过程,为橡胶混凝土结构的健康检测和安全性评估提供新的方法。

基于分形理论的玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁受弯性能研究

为了利用梁表面裂缝的分布和演化过程来研究玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁的受弯性能,对6根不同废旧钢纤维(Recycled Steel Fiber,RSF)体积掺量和配筋率的试验梁进行受弯试验,并运用分形理论对梁表面裂缝进行分析。验证了玄武岩筋废旧钢纤维混凝土梁表面裂缝分布的分形特征,其分形维数在0.89~1.07之间。探讨了梁表面裂缝分形维数与荷载等级、RSF体积掺量、配筋率及跨中挠度之间的关系。结果表明:分形维数与荷载等级和跨中挠度均呈对数增长关系;极限状态下,RSF的掺入减小了梁表面裂缝的分形维数,RSF体积掺量为1.5%时,分形维数最小为0.972 2;随着配筋率的增加,梁表面裂缝发展更充分,其分形维数也更大。