预应力离心混凝土空心方桩在工程中的实用分析

通过比较预应力离心混凝土空心方桩与其他桩型的截面特征和力学性能,探讨其在工程中的实用性,并举例说明其在工程中的优越性。

UHPFRC圆盘动态劈裂试验及基于μXCT图像的破坏机理研究

采用分离式霍普金森压杆对钢纤维体积分数为0~3%的超高性能纤维增强混凝土(ultra high performance fibre reinforced concrete, UHPFRC)圆盘试件进行应变率为1.72~7.42 s^(-1)的动态劈裂试验,使用高速摄像机结合数字图像相关(digital image correlation, DIC)法获得试件表面裂缝扩展全过程图像和应变演化过程,并对冲击前后试件进行微观X射线计算断层扫描(micro X-ray computed tomography,μXCT),获得分辨率为56.7μm的三维内部图像,并进行统计和破坏机理分析。结果表明:(1)相比无纤维试件,掺入1%~3%的钢纤维,静、动劈裂强度分别提高84%~131%和47%~87%,动劈裂强度增强因子(即动静强度比值)为1.07~1.72;(2) DIC应变图像分析表明,无纤维试件裂缝集中、破坏快、能耗低;含纤维试件裂缝弥散程度大、能耗高、延性好,且随着纤维含量的提高而提升;(3)μXCT图像分析表明,试件中钢纤维体积分数为1.04%~2.47%,与设计基本一致,孔洞体积分数为0.98%~1.71%,纤维掺量的提高,降低了孔洞数量和总体积分数,但孔洞的平均体积和平均等效直径增大;裂缝桥连纤维数量的增加,减小了主裂缝的体积和平均宽度,提高了裂缝面的粗糙度和相对表面积,从而提高了试件的强度、能耗、韧性和延性。

基于粘结单元的三维随机细观混凝土离散断裂模拟

开发MATLAB和ABAQUS Python脚本程序,建立含随机三维多面体骨料的混凝土细观有限元模型。通过自编高效C++程序插设三维零厚度的粘结界面单元,以模拟复杂三维离散多裂缝的起裂与扩展。对典型混凝土试件单轴拉伸断裂的模拟,分析粘性界面单元的主要材料参数(抗拉强度与断裂能)对应力-位移曲线、断裂过程、裂缝面特征的影响。结果表明:宏观应力-位移曲线主要受砂浆、界面粘性裂缝单元的抗拉强度、断裂能绝对数值的影响;裂缝面的位置与形态决定于砂浆、界面粘结裂缝单元的抗拉强度相对比值以及断裂能相对比值;混凝土的力学响应反映其裂缝发展特征,二者既决定于断裂材料参数,也受到骨料大小、形状等细观结构因素的影响;建立的有限元模型能有效描述混凝土复杂三维断裂过程。

基于孔隙压力黏结单元的准脆性材料水力劈裂模拟

传统数值方法对水力劈裂的模拟一般采用预设裂缝扩展路径,且将水流作用等效为压力荷载,难以反映裂缝渗流-开裂耦合效应.采用自编程Python脚本程序批量插入孔隙压力黏结单元,考虑裂缝渗流-开裂耦合作用模拟准脆性材料水力劈裂随机扩展全过程.在对经典理论模型及试验结果模拟验证的基础上,开展含多裂缝均质模型的水力劈裂全过程分析,并进一步建立混凝土细观尺度水力劈裂模型,分析骨料、界面过渡区和基体渗透性对混凝土劈裂全过程的影响.结果表明,本研究模型可以有效模拟准脆性材料水力劈裂失效过程,准脆性材料多缝开裂过程伴随微裂缝的分叉扩展而非光滑的裂缝扩展路径,骨料及界面过渡区影响劈裂扩展路径造成裂缝分叉出现,混凝土基体的渗透性对其抵抗水力劈裂不利并影响失效软化过程.

硅烷涂层提升钢纤维-砂浆界面性能的试验研究

为了提升钢纤维-砂浆界面的黏结性能,采用9种基于硅烷的表面处理剂对钢纤维进行浸渍处理并高温固化成膜;埋置于水泥砂浆圆柱体试块中,开展单根纤维拉拔试验,获得拉拔荷载-位移曲线.试验结果表明,采用不同的硅烷涂层对钢纤维进行表面改性,可以不同程度地改善钢纤维-砂浆界面的黏结性能;拉拔峰值荷载最高增加5.75倍,拉拔能耗最多增加2.48倍.硅烷Z6011和Z6020及复合涂层能够较大幅度地提升界面黏结强度,主要增加钢纤维与砂浆界面的化学黏结力;硅烷Z6030和Z6040及复合涂层对界面黏结强度的提升幅度相对较小,主要增加界面滑移摩擦力.采用扫描电子显微镜(SEM)研究界面黏结性能的提升机理,发现硅烷涂层使得界面过渡区的微观结构更致密,显著提升了钢纤维-砂浆之间的黏结性能.