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钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴受压疲劳寿命研究

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土木工程学报 2023年第9期56卷 26-38页

作者：崔凯徐礼华池寅李力剑李雪峰武汉大学湖北武汉430072

考虑钢纤维体积掺量及长径比、聚丙烯纤维体积掺量及长径比、应力水平5个因素,设计制作36组混凝土试件,通过单轴等幅疲劳受压试验研究钢聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)的疲劳寿命。基于疲劳试验数据,分析HFRC疲劳受压全过程,探讨纤维特... 详细信息

考虑钢纤维体积掺量及长径比、聚丙烯纤维体积掺量及长径比、应力水平5个因素,设计制作36组混凝土试件,通过单轴等幅疲劳受压试验研究钢聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)的疲劳寿命。基于疲劳试验数据,分析HFRC疲劳受压全过程,探讨纤维特征参数对混凝土试件疲劳寿命的影响规律,建立考虑纤维特征参数的P-S-N疲劳方程。研究结果表明,HFRC在疲劳荷载作用下的破坏形态为剪切破坏,呈现出延性特征;HFRC疲劳变形发展可分为三个阶段:快速增长阶段、稳定发展阶段、疲劳破坏阶段;混杂纤维在提高混凝土疲劳寿命方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,体现出正混杂效应;文章提出的疲劳方程与文献中试验结果吻合较好,能够真实地预测HFRC的疲劳寿命。研究成果可为今后混杂纤维混凝土结构抗疲劳设计提供参考。

关键词：单轴等幅疲劳受压钢-聚丙烯混杂纤维混凝土疲劳寿命正混杂效应疲劳方程

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含粗骨料超高性能混凝土单轴受压疲劳性能

建筑材料学报 2022年第4期25卷 381-388页

作者：李力剑徐礼华池寅黄宇雷徐凡丁武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

对含粗骨料超高性能混凝土(UHPC(CA))进行单轴受压疲劳试验,重点考察其疲劳破坏形态、疲劳变形、疲劳寿命及疲劳强度.在此基础上,分析了UHPC(CA)疲劳破坏全过程,建立了基于Weibull分布的存活率-应力水平-疲劳寿命(p‑S‑N)方程.结果表明:U... 详细信息

对含粗骨料超高性能混凝土(UHPC(CA))进行单轴受压疲劳试验,重点考察其疲劳破坏形态、疲劳变形、疲劳寿命及疲劳强度.在此基础上,分析了UHPC(CA)疲劳破坏全过程,建立了基于Weibull分布的存活率-应力水平-疲劳寿命(p‑S‑N)方程.结果表明:UHPC(CA)疲劳破坏形态为剪切破坏,破坏时试件呈现1条或2条主裂缝;UHPC(CA)疲劳破坏断面分为疲劳区和裂纹扩展区,疲劳区有明显的反复摩擦痕迹;UHPC(CA)疲劳变形发展呈现明显的三阶段特征,即微裂纹萌生发展阶段、微裂纹稳定发展和宏观裂缝萌生阶段、宏观裂缝发展阶段;UHPC(CA)单调应力-应变曲线仅在高应力水平(S≥0.8)下可作为其疲劳变形的包络线;UHPC(CA)具有95%存活率的疲劳强度为61.78 MPa,对应的应力水平为0.520.

关键词：含粗骨料超高性能混凝土疲劳试验疲劳变形疲劳寿命疲劳方程

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水泥混凝土路面设计极限状态方程的探讨

工程力学 2013年第11期30卷 120-126页

作者：张海涛张广阔东北林业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150040

水泥混凝土路面结构设计标准是行车荷载疲劳应力与温度疲劳翘曲应力之和不超过水泥混凝土材料的极限弯拉疲劳强度,现行水泥混凝土路面设计规范(JTG-D40-2002)的设计极限状态方程γr(σpr+σtrr)≤fr中的极限应力与疲劳应力等部分指标力... 详细信息

水泥混凝土路面结构设计标准是行车荷载疲劳应力与温度疲劳翘曲应力之和不超过水泥混凝土材料的极限弯拉疲劳强度,现行水泥混凝土路面设计规范(JTG-D40-2002)的设计极限状态方程γr(σpr+σtrr)≤fr中的极限应力与疲劳应力等部分指标力学概念有误,如方程中存在荷载力与温度力的概念不统一,极限应力与疲劳应力概念有误且不统一及疲劳修正系数修正有误等问题,通过对设计方程中各项指标及系数的力学原理研究,对设计极限状态方程进行了修正,采用国内研究的几个主要水泥混凝土试验疲劳方程,通过进一步的力学原理分析及设计疲劳方程对比研究,得出了比较合理的水泥混凝土路面设计极限状态方程修正公式,即γr(σpr+σtr)≤f't=fr/kr(σpr=krkcσps,σtr=ktσtm),并且用算例进行了对比设计,取得了比较满意的设计结果,研究得出了现行规范公式设计板厚偏小的结论,为水泥混凝土路面板的断裂提供了一定理论依据,研究结果论证了修正公式的正确性。

关键词：水泥混凝土路面设计标准疲劳方程极限应力疲劳应力

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玄武岩纤维再生混凝土冻融后的弯曲疲劳特性

建筑科学与工程学报 2023年第1期40卷 14-20页

作者：侯永利俞正兴周磊磊吕东朔内蒙古工业大学土木工程学院内蒙古呼和浩特010051 内蒙古工业大学内蒙古自治区建筑检测鉴定与安全评估工程技术研究中心内蒙古呼和浩特010051 山西四建集团有限公司山西太原030012

基于中国北方地区气候特点及混凝土路面的受力特征,研究冻融损伤对玄武岩纤维再生混凝土(BFRC)弯曲疲劳特性的影响。首先对BFRC采用快冻法进行冻融循环试验,研究BFRC的冻融损伤形貌、质量、相对动弹性模量和相对抗折强度的变化;然后针... 详细信息

基于中国北方地区气候特点及混凝土路面的受力特征,研究冻融损伤对玄武岩纤维再生混凝土(BFRC)弯曲疲劳特性的影响。首先对BFRC采用快冻法进行冻融循环试验,研究BFRC的冻融损伤形貌、质量、相对动弹性模量和相对抗折强度的变化;然后针对经历不同冻融循环次数后BFRC的弯曲疲劳特性进行了试验研究,分析了冻融循环次数与应力水平对BFRC疲劳寿命的影响规律;最后基于两参数Weibull分布理论对BFRC的疲劳寿命进行分析,预测了不同失效概率下的疲劳寿命并建立了失效概率为0.05和0.5下的双对数疲劳方程。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件表面损伤程度和质量损失率逐渐增大,相对动弹性模量和相对抗折强度逐渐下降,当冻融循环达到225次时,BFRC的相对动弹性模量和相对抗折强度与冻融循环前相比分别下降了12.4%和35.1%;随着冻融循环次数和应力水平的增加,弯曲疲劳寿命逐渐减小;BFRC经冻融循环后的弯曲疲劳寿命服从两参数Weibull分布,失效概率为0.5的预测疲劳寿命与试验所得平均疲劳寿命十分接近;建立的双对数疲劳方程能较好地反映冻融后BFRC应力水平S与疲劳寿命N之间的关系,研究成果为BFRC在路面结构中的安全应用提供可靠依据。

关键词：再生混凝土玄武岩纤维冻融循环疲劳寿命疲劳方程

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玄武岩纤维混凝土弯曲疲劳性能研究

工业建筑 2022年第7期52卷 186-191,127页

作者：白建文赵燕茹苏颂内蒙古工业大学矿业学院呼和浩特010051 内蒙古工业大学土木工程学院呼和浩特010051 长春工业大学人文信息学院长春130122

对4种纤维掺量的玄武岩纤维混凝土试件在3种不同应力水平下进行三点弯曲疲劳试验,利用数理统计方法对疲劳试验数据进行了弯曲疲劳寿命的威布尔分布检验,并拟合了不同失效概率下的双对数疲劳方程。结果表明:玄武岩纤维混凝土的弯曲疲劳... 详细信息

对4种纤维掺量的玄武岩纤维混凝土试件在3种不同应力水平下进行三点弯曲疲劳试验,利用数理统计方法对疲劳试验数据进行了弯曲疲劳寿命的威布尔分布检验,并拟合了不同失效概率下的双对数疲劳方程。结果表明:玄武岩纤维混凝土的弯曲疲劳寿命均符合两参数威布尔分布,且随着应力水平的减小,威布尔形状参数先减少后增大,弯曲疲劳寿命离散性先增大后减小;随着纤维掺量的增加,混凝土的弯曲疲劳寿命分布更加均匀,离散性更小,疲劳寿命大幅度增加。

关键词：玄武岩纤维混凝土弯曲疲劳寿命两参数威布尔分布疲劳方程

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磷石膏基层材料疲劳特性及结构优化

磷石膏基层材料疲劳特性及结构优化

作者：唐浩重庆交通大学

学位级别：硕士

磷石膏是生产磷复肥和磷酸时产生的工业废渣,作为一种工业废料,不仅占用空间大,制约企业发展,而且严重污染环境。在以资源的循环利用及生态环境建设为热点的大环境下,将磷石膏作为路面基层材料进行处置在提升路面经济性的同时,也可以缓... 详细信息

磷石膏是生产磷复肥和磷酸时产生的工业废渣,作为一种工业废料,不仅占用空间大,制约企业发展,而且严重污染环境。在以资源的循环利用及生态环境建设为热点的大环境下,将磷石膏作为路面基层材料进行处置在提升路面经济性的同时,也可以缓解磷石膏大量堆积的生态问题。目前已有关于磷石膏材料应用于道路基层的研究缺乏对于该基层材料的疲劳特性以及结构组合厚度的设计研究,因此,本文围绕水泥磷石膏基层材料的结构组合设计问题,通过理论分析及室内试验相结合的方法,研究了水泥磷石膏基层材料的结构模量参数和疲劳验算参数,在不同路面结构类型下,对不同结构组合进行验算和厚度取值推荐,并依托实体项目工程,对水泥磷石膏基层材料的施工工艺进行探索总结。主要结论如下:(1)进行了不同影响因素下混合料的弹性模量测试试验,实验结果表明水泥磷石膏混合料中水泥标号与弹性模量没有明显相关关系,为了减小结构模量的变异性,推荐采用普通硅酸盐水泥进行拌和施工;水泥磷石膏材料的弹性模量会随着水泥掺量和压实度的提高而升高,为保证结构刚性和经济性,推荐水泥掺量为8%,施工压实度达到90%以上;水泥磷石膏材料中含水率对水泥磷石膏的弹性模量影响显著,弹性模量整体会随着含水率的升高而减小;建立了7d无侧限抗压强度与弹性模量的拟合关系式。(2)进行了不同影响因素下的弯拉强度测试和不同应力水平四点弯曲疲劳试验。实验结果表明选用更高标号的水泥会使得水泥磷石膏材料的弯拉强度增加,水泥掺量的增加同样会使得其弯拉强度的增大,基于实验结果推荐水泥磷石膏材料中水泥掺量不低于8%;压实度同样会影响水泥磷石膏的弯拉强度,当压实度为90%的时候,相较于82%压实度下的弯拉强度提升约30%;对于四点弯曲疲劳试验结果采用威布尔分布理论对疲劳试验结果进行处理,得到两种保证率下水泥磷石膏基层材料的疲劳方程。(3)根据结构模量取值和疲劳参数,通过弹性层状理论体系对基于水泥磷石膏基层材料的沥青路面进行了不同结构组合下的结构设计指标进行验算分析,得出沥青-水泥磷石膏-土基,沥青-水泥稳定碎石-水泥磷石膏-土基,以及沥青-水泥磷石膏-级配碎石-土基三种不同结构组合形式下的结构设计指标显著性影响因素和变化规律,并提出了不同交通荷载等级下基于水泥磷石膏基层材料的三种不同结构组合形式下的合理厚度取值。(4)依托项目实体工程,从施工前准备、施工配合比、现场拌和、摊铺和压实工艺进行了探索研究,通过试验路铺筑提出出基于该材料的路面基层施工工艺技术流程和养生条件,并对现场施工质量进行钻芯检测。提出现场水泥磷石膏混合料基层材料施工的配合比:92%磷石膏,8%水泥,固化剂外掺0.4%,混合料体系含水率为29%。

关键词：磷石膏弹性模量弯拉强度疲劳方程结构设计施工工艺

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多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳性能研究

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳性能研究

作者：游秀菲重庆大学

学位级别：硕士

公路桥梁、机场路面等混凝土结构长期承受疲劳荷载,会严重影响结构的安全性和耐久性,而纤维的掺入能够明显抑制混凝土裂缝的产生与发展,提高混凝土的强度韧性及疲劳性能。聚丙烯纤维是稳定性好、质轻、分散性好的常用纤维之一,聚丙烯纤... 详细信息

公路桥梁、机场路面等混凝土结构长期承受疲劳荷载,会严重影响结构的安全性和耐久性,而纤维的掺入能够明显抑制混凝土裂缝的产生与发展,提高混凝土的强度韧性及疲劳性能。聚丙烯纤维是稳定性好、质轻、分散性好的常用纤维之一,聚丙烯纤维混凝土(polypropylene fiber-reinforced concrete,简称 PFRC)的基本力学性能明显优于普通混凝土,广泛应用于实际工程中。本课题组通过大量的试验研究发现,混掺不同尺度的聚丙烯纤维较单掺聚丙烯纤维能够更好地提升混凝土材料的抗压、抗拉、抗弯等力学性能,但其对混凝土疲劳性能的改善效果还未可知。鉴于此,本文结合室内弯曲疲劳试验、理论分析与数值模拟的方法对多尺度聚丙烯纤维混凝土(混掺3种不同尺度聚丙烯纤维)的弯曲疲劳性能进行研究,探讨了不同尺度聚丙烯纤维的掺入对混凝土弯曲疲劳性能的影响,为多尺度聚丙烯纤维混凝土的工程应用提供理论依据,主要研究内容包括以下几个方面。①开展纤维总掺量为6 kg/m3的聚丙烯纤维混凝土的劈裂抗拉强度、立方体抗压强度和抗折强度试验。结果表明,在相同水胶比下,粗、细聚丙烯纤维的掺入能够明显抑制混凝土内部裂缝的产生与发展,改善混凝土的脆性,提高混凝土的拉压及抗折强度;多尺度聚丙烯纤维混凝土的强度最高,相对于基准混凝土,其劈裂抗拉强度、立方体抗压强度和抗折强度分别提升了 20.59%、13.12%和25.40%。②对基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土与多尺度聚丙烯纤维混凝土进行弯曲疲劳试验,研究聚丙烯纤维混凝土在3种不同应力水平下(0.75、0.8和0.85)的弯曲疲劳寿命。结果表明,随着应力水平的提高,聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命逐渐降低;聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命明显大于基准混凝土,较好地符合两参数威布尔分布和对数正态分布函数;所建立的考虑不同存活率的单对数疲劳方程和双对数疲劳方程都能较好地描述聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命N与应力水平S的关系,拟合相关系数均大于0.90;多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为4.08MPa,相较于基准混凝土提升了 32.9%。③基于弯曲疲劳试验所得的不同应力水平下聚丙烯纤维混凝土的疲劳应变-循环比曲线,提出疲劳应变方程,研究聚丙烯纤维混凝土的疲劳损伤演化规律,同时,结合声发射试验与SEM微观试验分析其疲劳损伤机理。结果表明,建立的聚丙烯纤维混凝土疲劳应变方程与试验曲线很好吻合,拟合相关系数均在0.95以上;利用疲劳残余应变定义损伤变量,得到多尺度聚丙烯纤维混凝土疲劳损伤演化方程 D=1-[1-1.11 ×(n-0.1)](14.28S2-21.376s+8.209),拟合效果较好。④以聚丙烯纤维混凝土的实测疲劳寿命及分析所得的S-N曲线为基础,根据ABAQUS有限元分析软件与FE-SAFE疲劳分析软件结合、灰色系统理论分别建立聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命数值预测模型与理论预测模型。结果表明,两种预测模型都能合理预测聚丙烯纤维混凝土在不同应力水平下的弯曲疲劳寿命;基于有限元数值预测模型所得的聚丙烯纤维混凝土在同一应力水平下的疲劳寿命处于实测疲劳寿命范围内,预测可靠度较高,可用于不同应力比、不同应力水平等多种工况下的聚丙烯纤维混凝土疲劳寿命预测;灰色系统理论预测模型所得的疲劳寿命误差均在1%之内,预测精度高,可用于预测聚丙烯纤维混凝土低应力水平下的疲劳寿命。

关键词：聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳疲劳方程疲劳损伤寿命预测

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腐蚀环境下混凝土疲劳性能及疲劳寿命研究

腐蚀环境下混凝土疲劳性能及疲劳寿命研究

作者：杨伟琳华东交通大学

学位级别：硕士

随着高速铁路大规模建设发展,混凝土在铁路工程中的需求量不断增多。同时,高速铁路在露天服役过程中长期受到荷载的影响,使得混凝土材料的安全性和耐久性都受到挑战。因此,有必要探究在不同腐蚀环境下混凝土材料的腐蚀疲劳性能,进一步... 详细信息

随着高速铁路大规模建设发展,混凝土在铁路工程中的需求量不断增多。同时,高速铁路在露天服役过程中长期受到荷载的影响,使得混凝土材料的安全性和耐久性都受到挑战。因此,有必要探究在不同腐蚀环境下混凝土材料的腐蚀疲劳性能,进一步保证混凝土结构的耐久性,减缓腐蚀疲劳对混凝土结构带来的影响,并对混凝土腐蚀疲劳的问题进一步探讨。论文以高速铁路混凝土材料为研究内容,通过模拟酸雨腐蚀环境,分析宏观层面上的腐蚀损伤的劣化规律。并对混凝土试件进行腐蚀疲劳试验,分析腐蚀疲劳作用对混凝土的劣化性能及疲劳破坏规律,建立不同因素作用下混凝土的疲劳方程,进一步探究混凝土的疲劳正效应机理。结合Weibull分布理论探究不同失效概率下的疲劳寿命和疲劳方程。通过研究主要取得以下结果:(1)针对南方酸雨腐蚀环境,采用模拟酸雨溶液进行试验。对腐蚀周期分别为0个月、3个月、6个月和9个月的混凝土试件进行观察测试,以探究腐蚀对混凝土宏观性能的影响。测试内容包括外观形态、质量、动弹性模量、饱和面吸水率以及抗弯拉强度。(2)对不同腐蚀周期下的混凝土,分别选取应力水平为0.55、0.60、0.65进行弯曲疲劳试验。分析混凝土在不同因素作用下疲劳过程中的破坏形态、应力-应变曲线和疲劳寿命的变化规律,并探讨其影响因素。采用单对数和双对数曲线形式建立相应的疲劳方程,并对混凝土疲劳寿命的腐蚀机理进行分析。(3)采用Weibull分布理论对不同因素下的疲劳寿命进行分析,结合线性回归系数和相关系数来判断是否具有线性关系。同时,考虑不同失效概率对疲劳寿命的影响,并计算出不同失效概率下的疲劳寿命和疲劳方程,建立不同失效概率下的S-N曲线即P-S-N曲线。

关键词：酸雨腐蚀宏观性能弯曲疲劳疲劳方程失效概率

机场道面高频振捣密实混凝土弯曲疲劳性能演化特征

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交通运输工程学报 2020年第2期20卷 34-45页

作者：权磊田波李思李何哲贺凯涵交通运输部公路科学研究院北京100088

为了验证高频振捣滑模摊铺工艺的可靠性及其对含大粒径骨料(最大粒径为40 mm)干硬性混凝土疲劳演化特征的影响,分别采用小型机具施工工艺(低频振捣)和滑模施工工艺(高频振捣)在郑州新郑机场摊铺40 cm厚混凝土道面板;对现场切割试件与室... 详细信息

为了验证高频振捣滑模摊铺工艺的可靠性及其对含大粒径骨料(最大粒径为40 mm)干硬性混凝土疲劳演化特征的影响,分别采用小型机具施工工艺(低频振捣)和滑模施工工艺(高频振捣)在郑州新郑机场摊铺40 cm厚混凝土道面板;对现场切割试件与室内相同配比成型的试件(尺寸均为150 mm×150 mm×550 mm)进行了弯拉强度与疲劳试验,测量了跨中梁底应变和竖向位移;根据可靠度理论分析了不同工艺成型混凝土小梁的弯曲疲劳寿命概率分布特征,建立了弯曲疲劳方程,进一步分析了试件的弹性模量衰减特征和梁底残余拉伸应变演变规律。研究结果表明:高频振捣工艺能使混凝土更加致密,试件平均疲劳寿命较低频振动成型试件长约27%;双对数疲劳方程能够很好地表征含大粒径骨料道面混凝土的疲劳行为;高应力水平下高频振捣成型混凝土疲劳寿命比室内成型混凝土长4%,低应力水平下高频振捣成型混凝土疲劳寿命比室内成型混凝土长18%以上;混凝土抗弯拉弹性模量随加载循环比的增加基本呈线性衰减特征,试件临近破坏时的抗弯拉弹性模量为初始模量的50%~80%;在重复荷载作用下,梁底轴向残余应变随加载次数的增加而增大;提出的4种典型演化形态可表征不同应力水平下混凝土残余应变的复杂增长趋势;骨料粒径增大是导致试件疲劳性能演变规律离散性的主要原因,疲劳荷载作用下的累积损伤和骨料依次失效过程是混凝土残余应变演化曲线出现明显台阶特征的主要原因。研究结果为进一步通过足尺环道加速加载试验建立室内试验与现场足尺道面板性能关联方程奠定了基础。

关键词：机场道面干硬性混凝土高频振捣疲劳方程演化特征