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高韧性纤维混凝土单轴受压性能及尺寸效应

材料导报 2017年第24期31卷 161-168,173页

作者：江世永陶帅姚未来吴世娟蔡涛后勤工程学院训练部重庆401331 后勤工程学院军事土木工程系重庆401331

高韧性纤维混凝土(ECC)具有优异的韧性、卓越的耗散能力及裂缝无害化分布的特点,能够明显改善结构的抗震性能与耐久性。通过对三种不同高厚比的立方体与棱柱体共60个试件进行单轴受压试验,探究高韧性纤维混凝土的受压性能、变形机制及... 详细信息

高韧性纤维混凝土(ECC)具有优异的韧性、卓越的耗散能力及裂缝无害化分布的特点,能够明显改善结构的抗震性能与耐久性。通过对三种不同高厚比的立方体与棱柱体共60个试件进行单轴受压试验,探究高韧性纤维混凝土的受压性能、变形机制及尺寸效应对试件力学性能的影响,测得了不同高厚比试件受压的应力-应变全曲线。结果表明:高韧性纤维混凝土在裂缝发展及破坏模式上与普通混凝土存在明显的区别,由于纤维的桥接作用,在加载过程中材料表现出较强的压缩韧性,试件破坏以后仍保持相对完整,极限压应变约为普通混凝土的10倍;当高厚比大于1时,材料抗压强度对尺寸的敏感性降低;峰值应变与抗压韧性系数随着高厚比的增加逐步减少。结合电镜扫描结果,对高韧性纤维混凝土中纤维的分布、桥接情况及纤维增韧增强机制进行了分析与讨论。

关键词：高韧性纤维混凝土(ECC) 受压性能尺寸效应抗压韧性应力-应变全曲线

粘贴纤维增强复合材料加固混凝土梁的蠕变特性研究进展

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材料导报 2019年第17期33卷 2890-2901页

作者：姚未来江世永蔡涛龚宏伟陶帅陆军勤务学院军事设施系重庆401331 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 中国人民解放军72695部队青岛266103

自20世纪末起,外粘纤维增强复合材料(Fiber-reinforced polymers, FRP)加固混凝土技术由于施工方便、FRP性能优异等优势被逐步运用于结构改造、修复补强、抗震加固等实际工程中。FRP本身具有轻质、耐腐蚀、高强度等优点,又由于近年来成... 详细信息

自20世纪末起,外粘纤维增强复合材料(Fiber-reinforced polymers, FRP)加固混凝土技术由于施工方便、FRP性能优异等优势被逐步运用于结构改造、修复补强、抗震加固等实际工程中。FRP本身具有轻质、耐腐蚀、高强度等优点,又由于近年来成本的进一步降低,得到更广泛的应用,目前已基本取代钢材成为最主要的结构加固材料。建筑结构服役年限较长,结构在完成加固后仍将处于长期承受荷载的状态,然而,目前对加固结构在长期荷载下的行为研究不充分,实际加固设计时也未考虑结构的长期效应。鉴于目前粘贴FRP加固技术已广泛应用,大量已加固完成的结构在以上问题尚不十分清楚的情况下工作服役了相当长的时间,有必要对加固结构的长期受荷性能进行深入探讨,同时对该问题的研究、后续可能需要的补救措施的提出又具有迫切性。粘贴FRP加固混凝土结构在长期荷载作用下变形增大、结构内部出现复杂的应力重分布现象,本质上是由材料的蠕变行为引起。对混凝土的蠕变(徐变)特性研究起步较早,对混凝土的收缩、单轴受压徐变行为已有相对全面的认识,国际上有比较公认的理论模型。研究表明,用于粘贴FRP的环氧树脂(Epoxy resin)结构胶具有明显的蠕变特性,提高环境温度、湿度可增大环氧树脂胶的蠕变变形,甚至引起蠕变断裂。试验研究与数值模拟证实,环氧胶层的蠕变行为将导致粘贴界面的应力出现松弛现象。试验结果表明,用于结构加固的碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的抗蠕变能力较强,其蠕变变形可适当忽略。长期承受外荷载时,粘贴FRP加固混凝土梁的变形随时间的延长而增大,持荷前期增大速率较快,然后逐渐降低,后期基本不再变形,趋于稳定。该现象与混凝土、环氧树脂胶在相应应力水平下的蠕变规律相似。加固对梁瞬时变形的降低效果比较明显,但对长期附加变形的降低效应不明显,其主要原因是环氧树脂胶的剪切蠕变引起外部FRP应力松弛,导致产生附加变形。基于正截面受力分析,可对粘贴FRP加固梁的长期行为开展理论分析与计算,但对胶层的剪切蠕变特性缺乏有效考虑。对材料蠕变行为的充分认识是对结构蠕变行为进行合理分析的基础。本文首先从材料层次上综述各材料组分(混凝土、环氧树脂胶、FRP)蠕变特性的研究进展。实际工程中,结构长期承受的是正常使用荷载,在该荷载水平下,钢筋应力低于屈服强度,可视为线弹性材料,其蠕变行为可适当忽略,该观点在结构工程领域被广泛认同,因此,本文不再总结钢筋的蠕变行为研究。然后从结构层次上综述粘贴FRP加固混凝土梁的蠕变特性研究进展,分为试验研究、理论分析两方面。试验研究方面主要综述长期试验的开展方法和相关试验现象及结论,理论分析方面主要综述结构长期变形的计算方法。最后,本文总结目前研究存在的问题,为今后的进一步研究工作提供建议与参考。

关键词：纤维增强复合材料粘贴加固蠕变性能长期效应

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ECC材料力学性能与本构关系研究进展

材料导报 2018年第23期32卷 4192-4204页

作者：江世永龚宏伟姚未来陶帅蔡涛陆军勤务学院军事设施系重庆交通大学土木工程学院中国人民解放军72695部队

混凝土在国内外应用广泛,但普通混凝土材料存在抗拉强度低、韧性差和脆性特征明显等缺点。自20世纪90年代采用性能驱动设计方法(PDDA)成功配制工程水泥基复合材料(ECC)后,仅在几年时间里,ECC材料受到了研究者的广泛关注。相比普通混凝土... 详细信息

混凝土在国内外应用广泛,但普通混凝土材料存在抗拉强度低、韧性差和脆性特征明显等缺点。自20世纪90年代采用性能驱动设计方法(PDDA)成功配制工程水泥基复合材料(ECC)后,仅在几年时间里,ECC材料受到了研究者的广泛关注。相比普通混凝土,采用PDDA得到的ECC的外掺纤维与基体界面有良好的粘结作用,这使得ECC材料具有应变硬化和多缝开展等重要特征。由于ECC优异的力学性能,使用其替代混凝土便成为解决混凝土脆性、裂缝开展等相关问题的一种有效的新途径。然而,ECC的制备极不容易,由于基体胶凝材料产地不同或者纤维种类不同,某一地区配制成功的配合比大多无法适用于其他地区。因此,根据当地情况进行ECC材料的配合比设计仍然是各国学者青睐的课题。一方面,欲使用ECC代替混凝土用于建筑结构等,就必定要深入研究ECC材料层面的基本力学性能。建立ECC的本构模型对ECC构件甚至结构层面的研究都十分重要,但相关研究较少。另一方面,由于ECC材料良好的裂缝控制能力,国内外学者也致力于使用ECC材料进行结构加固修复的研究。各国学者先后成功配制极限拉应变大于3%的ECC,这为进一步广泛开展ECC的研究和应用创造了很好的条件,用于配制ECC的纤维种类也更加丰富。在ECC拉伸、压缩、弯曲和剪切等大量的材料试验研究基础上,近几年,一些科研团队开始尝试用ECC部分甚至完全代替混凝土来浇筑梁、柱等构件,然后进行ECC构件层次的力学性能和耐久性等研究;另有部分研究人员也致力于建立ECC的本构模型,开展数值模拟分析。此外,由于ECC优异的力学性能,也有学者提出可以采用3D打印技术来建造无筋ECC建筑。本文从ECC材料层面的单轴单调拉压力学性能、单轴循环拉压滞回性能、多轴力学性能及破坏准则、ECC与普通钢筋和纤维增强塑料(FRP)筋两种筋材的粘结性能方面进行综述,相应介绍了几种本构模型并简要对其进行评价,以期为用ECC代替混凝土进行建筑结构设计、选取本构模型进行数值模拟分析、编制规范和技术规程等提供参考。最后,对今后进一步开展ECC力学性能研究、建立本构模型提出展望。

关键词：工程水泥基复合材料(ECC) 拉伸压缩粘结滑移力学性能本构模型

粘贴加固混凝土氯离子扩散的理论模型和数值模拟

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土木建筑与环境工程 2015年第4期37卷 59-66页

作者：姚未来江世永飞渭李雪阳后勤工程学院军事土木工程系重庆401311 后勤工程学院训练部重庆401311

基于物质非稳态扩散理论,采用现有研究对Fick第二定律的修正方法,并将粘贴加固考虑为对氯离子扩散方程边界条件的调整,提出可用于粘贴加固混凝土的氯离子扩散理论模型。利用ABAQUS、MATLAB PDE tool、MATLAB自编程3种方法均可对粘贴加... 详细信息

基于物质非稳态扩散理论,采用现有研究对Fick第二定律的修正方法,并将粘贴加固考虑为对氯离子扩散方程边界条件的调整,提出可用于粘贴加固混凝土的氯离子扩散理论模型。利用ABAQUS、MATLAB PDE tool、MATLAB自编程3种方法均可对粘贴加固混凝土梁的氯离子扩散过程进行数值模拟。对比未加固与加固构件的氯离子扩散规律,发现粘贴加固可降低钢筋表面的氯离子浓度值,延缓氯离子浓度到达临界锈蚀浓度的时间,增加材料使用寿命,并且加固时间越早,增加寿命越长。

关键词：粘贴加固氯离子扩散 Fick第二定律理论模型数值模拟

碳纤维布加固震损CFRP筋高韧性纤维混凝土柱抗震性能试验研究

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建筑结构学报 2019年第6期40卷 109-124页

作者：江世永陶帅飞渭姚未来龚宏伟宋楠重庆交通大学土木工程学院重庆400074 陆军勤务学院军事设施系重庆401331 中国人民解放军91144部队山东青岛266031

为探究CFRP筋高韧性纤维混凝土柱的抗震性能及可修复性能,以剪跨比和轴压比为变量,设计了6根CFRP筋高韧性纤维混凝土柱,其中3根为不进行加固的对比柱,剩余的3根柱先进行预损伤处理,再用碳纤维布进行加固修复,对上述试件进行低周反复荷... 详细信息

为探究CFRP筋高韧性纤维混凝土柱的抗震性能及可修复性能,以剪跨比和轴压比为变量,设计了6根CFRP筋高韧性纤维混凝土柱,其中3根为不进行加固的对比柱,剩余的3根柱先进行预损伤处理,再用碳纤维布进行加固修复,对上述试件进行低周反复荷载下的抗震性能试验。对试件的破坏形态、滞回特性、刚度退化、延性、综合性能指标以及耗能能力进行研究。结果表明:CFRP筋高韧性纤维混凝土柱表现出明显的多缝开展特征和良好的变形能力;水平荷载下降至峰值荷载的85%,停止加载,试件仍具有较好的完整性,且所有试件均表现出弯曲破坏的特征。轴压比越大,峰值荷载越大,滞回曲线的形状越饱满;剪跨比越大,极限水平位移越大,但峰值荷载越小。加固后试件的累积耗能较未加固试件提高2. 0~4. 2倍,仍具有良好的耗能能力,说明CFRP筋高韧性纤维混凝土柱具有良好的可修复性,且碳纤维布加固的方法有效可行。

关键词： CFRP筋高韧性纤维混凝土柱碳纤维布加固拟静力试验抗震性能

基于阵列信号空频域分析的隧道衬砌开裂声波定位法

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材料导报 2024年第20期38卷 165-173页

作者：王云潇刘元雪姚未来穆锐龚宏伟陆军勤务学院重庆401311 高原山地环境下设施破坏机制与防护重庆市重点实验室重庆401311

裂缝的实时监测对隧道的长期稳定和正常使用至关重要,在隧道病害的超前预警与防治中具有重要作用。本工作提出一种基于阵列信号频域相位差与声源空域方位函数关系的定位新方法。衬砌开裂产生的声波以开裂点为球心向隧道内辐射,到达直角... 详细信息

裂缝的实时监测对隧道的长期稳定和正常使用至关重要,在隧道病害的超前预警与防治中具有重要作用。本工作提出一种基于阵列信号频域相位差与声源空域方位函数关系的定位新方法。衬砌开裂产生的声波以开裂点为球心向隧道内辐射,到达直角三棱锥传感器阵列的声信号相位差与频率线性相关,斜率是声源方位的三角函数。利用衬砌开裂声波的宽频特性可获得多频率下的相位差,通过线性拟合获得斜率,进而确定声源方位,方位矢量与衬砌表面相交可确定三维坐标。仿真模拟直墙拱顶隧道在混响与噪声条件下衬砌开裂发出声波,采用本方法获得了较高的定位精度,通过回龙山隧道的数值模拟裂缝定位与直墙拱顶隧道的现场试验验证了此方法可有效监测隧道衬砌裂缝的裂缝长度和扩展方向。

关键词：裂缝监测声波定位相位差三棱锥阵列到时拾取

高韧性水泥基复合材料强度尺寸效应试验研究与正交分析

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中国材料进展 2017年第6期36卷 473-478页

作者：李雪阳江世永飞渭姚未来后勤工程学院军事土木工程系重庆401311 后勤工程学院训练部重庆401311

尺寸效应是水泥基材料的固有特性,它与材料的配合比、强度以及结构组成等因素有关。高韧性水泥基复合材料是一种新型复合材料,具有优异的韧性,但同时其结构组成与普通混凝土相比也具有较大差异。然而,目前针对尺寸效应的研究大多限于普... 详细信息

尺寸效应是水泥基材料的固有特性,它与材料的配合比、强度以及结构组成等因素有关。高韧性水泥基复合材料是一种新型复合材料,具有优异的韧性,但同时其结构组成与普通混凝土相比也具有较大差异。然而,目前针对尺寸效应的研究大多限于普通混凝土和高强混凝土,并且尚无相关标准对高韧性水泥基复合材料尺寸效应的处理作出规范。为了探究该种复合材料的抗压强度尺寸效应,本文采用两种不同尺寸的立方体试件,对16组不同配合比的高韧性水泥基复合材料进行了单轴抗压试验和正交分析,研究了纤维掺量、水胶比、粉煤灰掺量和砂胶比这4个因素对材料强度尺寸效应的影响情况。试验结果表明:与普通混凝土相比,高韧性水泥基复合材料的脆性特征明显减小;诸因素对尺寸效应影响的主次顺序为水胶比>纤维掺量>粉煤灰掺量>砂胶比,其中水胶比和纤维掺量的影响均非常显著,而砂胶比对尺寸效应影响甚微。

关键词：尺寸效应高韧性水泥基复合材料配合比抗压试验正交分析

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全CFRP筋混凝土柱抗震性能非线性分析

铁道科学与工程学报 2018年第6期15卷 1542-1550页

作者：江世永蔡涛吴世娟姚未来陆军勤务学院军事设施系重庆401331

对6根不同轴压比、剪跨比的全CFRP筋柱进行往复荷载试验,分析其受力特征、刚度变化和滞回特性等抗震性能。通过Open Sees分析平台,选取基于柔度法理论的Nonlinear Beam Column单元,并结合零长度转动弹簧和零长度剪切弹簧单元,建立全CFR... 详细信息

对6根不同轴压比、剪跨比的全CFRP筋柱进行往复荷载试验,分析其受力特征、刚度变化和滞回特性等抗震性能。通过Open Sees分析平台,选取基于柔度法理论的Nonlinear Beam Column单元,并结合零长度转动弹簧和零长度剪切弹簧单元,建立全CFRP筋混凝土柱数值分析模型。研究结果表明:考虑了筋材滑移和剪切变形的数值模型能较好地模拟全CFRP筋混凝土柱在正反交替荷载下的滞回特征,采用综合考虑承载力和变形因素的综合性能指标能够较好地评价CFRP筋柱的抗震性能,有限元模拟结果和试验结果均得出,剪跨比越大或轴压比越小,综合性能指标越大。

关键词： CFRP筋混凝土柱抗震性能 OpenSees 剪切变形非线性分析改进综合性能指标

新工科背景下研究生课程体系的建构——以岩土工程专业为例

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学位与研究生教育 2023年第4期 13-20页

作者：穆锐刘元雪姚未来陆军勤务学院设施系岩土力学与地质环境保护重庆市重点实验室重庆401331

“新工科”的建设和发展对研究生培养提出了更高要求,研究生除掌握扎实的理论基础外,提升其科研创新能力与工程实践能力至关重要。陆军勤务学院在长期探索和近30年岩土工程专业研究生培养的基础上,以“先进教育理念”和“建构主义”为... 详细信息

“新工科”的建设和发展对研究生培养提出了更高要求,研究生除掌握扎实的理论基础外,提升其科研创新能力与工程实践能力至关重要。陆军勤务学院在长期探索和近30年岩土工程专业研究生培养的基础上,以“先进教育理念”和“建构主义”为指导思想,探索构建了研究生课程体系“一体三维”的理论框架,基于该理论框架,对本专业研究生培养的课程体系、教学模式、实践平台、教材改革等方面进行了探索实践,介绍了取得的实践成效。

关键词：新工科研究生课程体系岩土工程研究生教育建构主义