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阳离子对C-S-H凝胶孔氯离子扩散影响的分子模拟

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建筑材料学报 2024年

作者：李冬桑文龙吴洁琼金浏北京工业大学桥梁工程安全与韧性全国重点实验室

本文基于分子动力学方法，探究了四种阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)对氯离子在水化硅酸钙(C-S-H)凝胶孔中的扩散行为和结合能力的影响机理。研究发现：C-S-H对氯离子的吸附量与对阳离子的吸附能力相关，Ca2+和Mg2+可以促进氯离子的吸附... 详细信息

本文基于分子动力学方法，探究了四种阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)对氯离子在水化硅酸钙(C-S-H)凝胶孔中的扩散行为和结合能力的影响机理。研究发现：C-S-H对氯离子的吸附量与对阳离子的吸附能力相关，Ca2+和Mg2+可以促进氯离子的吸附，易使C-S-H中的表面钙脱附进入溶液，延长氯离子和孔隙水的空间相关性，使氯离子周围存在多层水合壳，降低其扩散能力；在被C-S-H层吸引的阳离子以及水分子的共同作用下，C-S-H凝胶孔中的氯离子扩散系数大小为KCl>NaCl>CaCl2>MgCl2。

关键词：分子动力学水化硅酸钙氯离子扩散阳离子吸附能力

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结构空间约束对钢筋混凝土梁受弯性能的影响

东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 885-893页

作者：雷宇霜金浏杜修力北京工业大学城市建设学部北京100124

为探究结构空间约束对框架结构屈服机制的影响,借助多尺度数值方法,建立了具有不同边界条件的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁模型.定量分析了端部约束及添加现浇楼板对RC框架梁刚度和受弯承载力,即试件所能承受的最大弯矩的影响... 详细信息

为探究结构空间约束对框架结构屈服机制的影响,借助多尺度数值方法,建立了具有不同边界条件的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁模型.定量分析了端部约束及添加现浇楼板对RC框架梁刚度和受弯承载力,即试件所能承受的最大弯矩的影响,揭示了端部约束及现浇楼板对RC梁弯曲机制的影响机理.此外,对各国规范计算的受弯承载力进行对比分析.结果表明,结构空间约束会影响RC框架梁的破坏形态.固支梁的刚度和受弯承载力显著高于简支梁,固支梁的受弯承载力和刚度最高可达简支梁的3.06倍和4.10倍.添加现浇楼板可显著提高梁的受弯承载力与刚度.各国规范可准确地计算简支梁的受弯承载力.然而,计算的固支梁及楼盖梁的受弯承载力极其保守,剪跨比为5.0的固支加板梁的受弯承载力模拟值分别是中国、美国和加拿大规范值的6.25倍、6.76倍和6.06倍.

关键词：钢筋混凝土梁结构空间约束端部约束现浇楼板强梁弱柱细观模拟

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加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响

材料导报 2024年第8期38卷 150-158页

作者：金浏张晓旺郭莉吴洁琼杜修力北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室北京100124

为探究加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响,开展16根RC梁(质量损失率0%~8.7%)在不同加载速率(0.5~300 mm/min)下的粘结性能测试,据此提出考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式,并开展锈蚀钢筋混凝土梁粘结力学行为的数... 详细信息

为探究加载速率对锈蚀钢筋与混凝土粘结性能的影响,开展16根RC梁(质量损失率0%~8.7%)在不同加载速率(0.5~300 mm/min)下的粘结性能测试,据此提出考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式,并开展锈蚀钢筋混凝土梁粘结力学行为的数值模拟,分析高加载速率(30~30000 mm/min,应变率10^(-4)~10^(-1)s^(-1))下锈蚀梁的粘结滑移力学行为。研究表明:(1)加载速率对锈蚀钢筋混凝土梁式试件的粘结应力-滑移曲线形状以及粘结强度与残余粘结强度的比值影响不大;(2)随着加载速率的增加,锈蚀钢筋与混凝土的粘结强度和残余粘结强度显著增加,粘结区应力峰值显著增加并逐渐向加载端靠近;(3)本工作提出的考虑加载速率和钢筋锈蚀影响的粘结强度计算公式在0.5~30000 mm/min的加载速率范围内有很好的适用性。

关键词：加载速率钢筋锈蚀粘结性能数值模拟

弯-剪-扭复合受力CFRP布加固RC梁抗扭性能细观数值分析

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北京工业大学学报 2024年 951-966页

作者：李冬贺益帅张江兴金浏杜修力北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗扭性能,建立了同时体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互... 详细信息

为了研究弯-剪-扭复合受力条件下碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布加固钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁的抗扭性能,建立了同时体现混凝土材料非均质性、钢筋-混凝土黏结滑移关系和CFRP布-混凝土相互作用关系的细观数值分析模型。由于缺乏CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下失效破坏的典型物理试验,本文采用复合对比验证法对数值模型的合理性进行验证,即分别与单独受剪、单独受扭以及受弯-扭复合作用下RC梁和CFRP布加固RC梁的试验结果进行对比验证。进而,基于建立的细观数值分析模型探究了配纤率和扭弯比对CFRP布加固RC梁在弯-剪-扭复合受力作用下抗扭力学性能的影响。结果表明:1)采用CFRP布加固能够显著提高RC梁的峰值扭矩;2)随配纤率增加,RC梁损伤分布范围逐渐变大,CFRP布应变逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,但其增大幅度减小;3)随扭弯比增加,RC梁裂缝分布愈加集中,裂缝与水平方向夹角逐渐减小,梁整体峰值扭矩增大,CFRP布应变减小。本文建立的考虑弯-剪-扭复合受力作用的数值模拟方法可为后续研究复杂应力状态下CFRP布加固RC梁尺寸效应行为等奠定基础。

关键词： CFRP布加固RC梁剪切纯扭弯扭弯-剪-扭细观数值模拟方法

低温下玄武岩纤维混凝土劈拉强度尺寸效应试验

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哈尔滨工业大学学报 2024年

作者：余文轩范美妤金浏杜修力清华大学土木水利学院城市减灾与防灾防护教育部重点实验室(北京工业大学)

为研究极端低温作用下结构尺寸和纤维体积分数对玄武岩纤维混凝土劈拉强度的定量影响规律和作用机制，设计了4种尺寸（边长分别为70、100、150和200 mm）、4种纤维体积分数（分数范围0%～0.5%）的玄武岩纤维混凝土立方体试块在常温和低... 详细信息

为研究极端低温作用下结构尺寸和纤维体积分数对玄武岩纤维混凝土劈拉强度的定量影响规律和作用机制，设计了4种尺寸（边长分别为70、100、150和200 mm）、4种纤维体积分数（分数范围0%～0.5%）的玄武岩纤维混凝土立方体试块在常温和低温下（温度范围20～-90°C）进行了静态劈拉破坏试验。试验结果表明：不同类型混凝土的劈拉强度均随温度降低而线性增大（最大增幅接近130%），呈现出显著的低温增强效应；玄武岩纤维的掺入能略微强化混凝土劈拉强度的低温增强效应。不同纤维体积分数玄武岩纤维混凝土的劈拉强度均呈现出一定的纤维增强效应，并且随体积分数增加而增强；极端低温作用下玄武岩纤维的主导破坏模式由拔出破坏转变为拉断破坏，导致纤维增强效应随温度下降而变强。劈拉强度的尺寸效应随温度下降而更明显，但玄武岩纤维的掺入能减弱尺寸效应（最大削弱程度达25.8%）。本文研究能为玄武岩纤维混凝土材料在极端低温环境下的大规模工程结构应用提供有效参考。

关键词：玄武岩纤维混凝土极端低温纤维含量劈裂拉伸尺寸效应

低温下玄武岩纤维混凝土压缩破坏及尺寸效应试验研究

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工程力学 2024年

作者：金浏范美妤余文轩杜修力清华大学水利水电工程系北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室

为研究低温下试件尺寸和纤维体积掺量对玄武岩纤维混凝土立方体压缩力学性能的影响，对4种试件尺寸（边长70、100、150和200 mm）、纤维体积掺量为0.0～0.5%的玄武岩纤维混凝土试件在20 ℃ ～ -90 ℃的温度范围内进行了静态立方体压缩... 详细信息

为研究低温下试件尺寸和纤维体积掺量对玄武岩纤维混凝土立方体压缩力学性能的影响，对4种试件尺寸（边长70、100、150和200 mm）、纤维体积掺量为0.0～0.5%的玄武岩纤维混凝土试件在20 ℃ ～ -90 ℃的温度范围内进行了静态立方体压缩破坏试验。试验结果表明：混凝土的压缩强度均随温度的降低呈现线性增大的趋势表现出明显的低温增强效应，并且玄武岩纤维的掺入能强化压缩低温增强效应。不同纤维体积掺量玄武岩纤维混凝土的压缩强度均表现出明显的纤维增强效应，且随体积掺量的增加而增强；低温下纤维的主导断裂模式由拉出破坏转变为拉断破坏使得纤维增强效应随温度降低而增强；压缩强度尺寸效应随温度降低而增强，而玄武岩纤维的加入可以有效削弱尺寸效应，尤其是在低温下。本研究结果可为玄武岩纤维混凝土在极端低温环境下的工程结构应用提供有价值的参考。

关键词：玄武岩纤维混凝土低温体积掺量立方体压缩尺寸效应

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NC–UHPC组合梁抗冲击性能的数值研究

工程科学学报 2024年第2期46卷 354-364页

作者：伍敏黄于倩潘仁胜金浏杜修力长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室长沙410114 北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室北京100124

超高性能混凝土(UHPC)材料已成为极具前景的高性能材料,并在冲击和爆炸等防护工程领域中取得了良好的效果.对于普通钢筋混凝土(NC)梁在受到冲击荷载时较易发生局部冲剪破坏,而纯UHPC梁虽可改善其冲击性能,但高昂的造价限制了其进一步的... 详细信息

超高性能混凝土(UHPC)材料已成为极具前景的高性能材料,并在冲击和爆炸等防护工程领域中取得了良好的效果.对于普通钢筋混凝土(NC)梁在受到冲击荷载时较易发生局部冲剪破坏,而纯UHPC梁虽可改善其冲击性能,但高昂的造价限制了其进一步的应用.为了实现结构抗冲击性能和经济的平衡,提出UHPC局部替换和包裹的方案改善钢筋混凝土梁的抗冲击性能.本文设计了NC梁、UHPC梁和NC–UHPC组合梁等不同的研究工况,然后对比分析各个试件的抗冲击性能.结果表明:相比普通钢筋混凝土梁,UHPC局部替换方案可以有效的避免梁的局部冲剪破坏,而UHPC包裹在冲击荷载下梁的破坏模式由冲剪破坏转变为弯曲破坏,两种方案均可有效的减少梁跨中的峰值位移和残余位移;UHPC局部替换相较于包裹方案,梁的跨中峰值位移和残余位移较小,且具有更高的跨中承载能力,在实际过程中建议UHPC局部替换长度取大于2倍梁高以避免局部冲剪破坏.

关键词：超高性能混凝土普通钢筋混凝土组合梁冲击荷载冲剪破坏弯曲破坏

高温下及高温冷却后中柱失效足尺RC梁-柱子结构抗连续倒塌性能

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建筑结构学报 2024年第7期45卷 153-165页

作者：金浏兰冬璆张仁波钱凯李健杜修力北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室北京100124 桂林理工大学土木建筑工程学院广西桂林541004

为研究RC框架结构在受火工况下的破坏机理以及抗连续倒塌机制,基于热-力顺序耦合方法建立了足尺的三维有限元数值模型。在验证模型准确性的基础上,对高温下及高温冷却后的中柱失效足尺RC梁-柱子结构展开Pushdown分析,并研究了受火时间... 详细信息

为研究RC框架结构在受火工况下的破坏机理以及抗连续倒塌机制,基于热-力顺序耦合方法建立了足尺的三维有限元数值模型。在验证模型准确性的基础上,对高温下及高温冷却后的中柱失效足尺RC梁-柱子结构展开Pushdown分析,并研究了受火时间、边柱受火及抗震构造等因素的影响,并与前期基于1/2缩尺子结构展开的研究进行对比。有限元分析结果表明:在高温下,由于钢筋和混凝土力学性能的退化,子结构的第一峰荷载明显下降;当受火时间为30 min时,子结构的破坏模式与常温下相似,最终失效由靠近中柱梁端钢筋断裂控制;而当受火时间超过60 min时,子结构的破坏由梁顶部钢筋截断处的破坏控制;高温冷却后子结构可相继发展压拱机制和悬索机制抵抗倒塌,其变形能力及极限荷载与常温下相近。此外,在边柱受火时间超过60 min并冷却后,拟静力作用下子结构边柱发生轴心受压破坏;在受火时间为30~120 min时,采用抗震构造可使高温冷却后子结构的极限荷载和变形能力分别至少提高51%和39%。

关键词：钢筋混凝土结构梁-柱子结构有限元分析高温连续倒塌抗力机制

CFRP布粘贴角度对RC梁抗剪性能及尺寸效应影响分析

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工程力学 2024年

作者：李冬秦鹏张江兴金浏蒋轩昂杜修力北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室

本文基于6根粘贴角度为45°和90°的CFRP布加固无腹筋钢筋混凝土(RC)梁的剪切破坏试验结果，采用ABAQUS有限元软件扩展分析了CFRP布粘贴角度分别为0°、30°和60°时(同尺寸的试件仅改变了CFRP布的粘贴角度，其他参数均保持不变，即RC... 详细信息

本文基于6根粘贴角度为45°和90°的CFRP布加固无腹筋钢筋混凝土(RC)梁的剪切破坏试验结果，采用ABAQUS有限元软件扩展分析了CFRP布粘贴角度分别为0°、30°和60°时(同尺寸的试件仅改变了CFRP布的粘贴角度，其他参数均保持不变，即RC梁的性质相同)不同尺寸RC梁的剪切破坏行为，着重探究了CFRP布粘贴角度对CFRP布加固RC梁抗剪性能及其尺寸效应行为的影响规律。研究结果表明：CFRP布的粘贴角度对RC梁的破坏模式影响极小，且CFRP布上的应变分布能反应裂缝的延伸情况；CFRP布越接近垂直于主斜裂缝时，其应变值越大，即CFRP布加固效果越好，此时，梁抗剪承载力和刚度亦越大，抗剪强度尺寸效应越弱。最终，基于试验和模拟结果，提出了考虑粘贴角度的CFRP布加固无腹筋RC梁抗剪强度尺寸效应律。

关键词： RC梁 CFRP布剪切试验细观模拟粘贴角度尺寸效应律