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基于不规则骨料堆积结构的混凝土水渗透性的研究

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材料导报 2024年第12期38卷 99-106页

作者：李凯杨璐璐史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料... 详细信息

为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料的三相介观模型。采用基于格子玻尔兹曼模型的部分反弹算法研究了混凝土的水分传输行为,在验证模型正确性的基础上,探究了骨料含量和形状对混凝土水渗透性的影响。研究表明:混凝土的水分渗透系数随骨料体积分数增大呈现先降低后增加的变化趋势。当骨料体积分数大于50%时,界面过渡区相互交叠形成连通路径是导致混凝土水分渗透系数增加的主要原因。骨料形状的变化会改变传输路径和界面过渡区的体积分数,从而影响水渗透性。与平整度相比,伸长率对水分渗透系数的影响更为明显。随着圆度的不断增加,球形度先增大后减小,水分渗透系数则呈现相反的变化趋势。当圆度为1时,水分渗透系数达到最小值。

关键词：混凝土离散元模拟超椭球格子玻尔兹曼方法水分渗透系数

基于海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下BFRP筋拉伸性能的退化

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材料导报 2024年第11期38卷 136-143页

作者：朱德举初开丹郭帅成史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南大学湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在海水海砂混凝土环境中的长期力学性能,本工作研究了BFRP筋拉伸性能在海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下的演化规律。通过孔溶液压取和离子浓度分析,分别配制了普通海水净浆孔溶液(NA)和低碱度... 详细信息

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋在海水海砂混凝土环境中的长期力学性能,本工作研究了BFRP筋拉伸性能在海水海砂混凝土真实孔溶液浸泡环境下的演化规律。通过孔溶液压取和离子浓度分析,分别配制了普通海水净浆孔溶液(NA)和低碱度海水净浆孔溶液(LA)的浸泡溶液,同时在加速老化试验中与ACI 440.3R规范建议浸泡溶液(ACI)的测试结果进行了对比。试验所用筋材基体包括环氧树脂基(B/E筋)和乙烯基酯树脂基(B/V筋)两种。在不同温度和浸泡时间加速老化后,通过拉伸试验评估了BFRP筋的拉伸性能变化规律,并采用微观结构表征分析了劣化机理。试验结果表明,相较于降低氯离子浓度,采用降低孔溶液碱度的方法可以更有效地缓解BFRP筋长期力学性能的劣化,同时温度升高对B/V筋力学性能退化的影响比对B/E筋的影响更显著。BFRP筋在腐蚀过程中抗拉强度的劣化程度高于弹性模量,其中B/E筋在三种环境中腐蚀前后的弹性模量差别不大。乙烯基树脂的抗腐蚀能力优于环氧树脂,但其与玄武岩纤维界面性能较弱,导致B/V筋在模拟海水海砂混凝土孔溶液中的耐久性弱于B/E筋。

关键词： BFRP筋海水海砂混凝土孔溶液拉伸性能微观结构

钢纤维形状和养护制度对超高性能混凝土强度及韧性的影响

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材料导报 2024年第15期38卷 135-145页

作者：陈聪聪吴泽媚胡翔史才军湖南大学土木工程学院绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室长沙410082 湖南省绿色先进土木工程材料国际科技创新合作基地长沙410082

热养护和掺加异形钢纤维是提高超高性能混凝土(UHPC)强度并改善韧性的有效技术手段。研究了养护制度(标准养护28 d、90℃蒸汽养护2 d、90℃热水养护2 d)和钢纤维形状(平直形、波纹形、端钩形)对UHPC立方体抗压强度、单轴抗压强度、抗折... 详细信息

热养护和掺加异形钢纤维是提高超高性能混凝土(UHPC)强度并改善韧性的有效技术手段。研究了养护制度(标准养护28 d、90℃蒸汽养护2 d、90℃热水养护2 d)和钢纤维形状(平直形、波纹形、端钩形)对UHPC立方体抗压强度、单轴抗压强度、抗折性能的影响,采用ASTM C1018、JSCE-SF4、修正的Post-Crack Energy Ratio(PCER)三种韧性表征方法对UHPC弯曲韧性进行评价,并借助三维光学扫描仪定量表征了掺加不同形状钢纤维的UHPC断裂面粗糙度。结果表明,相较于28 d标准养护,2 d热水养护和2 d蒸汽养护均能在一定程度上提高UHPC力学性能,且对UHPC抗折性能的提升较为显著。与掺平直形钢纤维的UHPC相比,掺端钩形钢纤维的UHPC的抗折强度和PCER韧性指标分别提升46.26%~58.82%和32.77%~39.81%,断裂面粗糙度提高41.67%;粗糙度参数与弯曲韧性具有良好的指数关系,可用于UHPC韧性的表征。此外,单轴抗压强度与立方体抗压强度存在线性关系,相关系数为0.83~0.93。采用ASTM C1018和PCER方法计算出的韧性结果与采用4 mm挠度处荷载-位移曲线包围的面积和抗折性能指标结果基本一致,提出的PCER方法引入初始弯曲韧度比来表征UHPC达到峰值挠度前的弯曲韧性,使得计算结果更为准确。

关键词：超高性能混凝土(UHPC) 养护制度钢纤维形状强度韧性

能量吸收研究60年——来自何处?走向何方?

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力学与实践 2024年第1期46卷 1-17页

作者：余同希香港科技大学中国香港

本文论述能量吸收这个研究领域的诞生背景、简要历史和发展方向。第二次世界大战之后,以防护结构和运载工具的耐撞性为工程背景,加上塑性力学和结构冲击动力学学科发展的内生动力,结构和材料的能量吸收作为一个新兴研究领域在1960年代... 详细信息

本文论述能量吸收这个研究领域的诞生背景、简要历史和发展方向。第二次世界大战之后,以防护结构和运载工具的耐撞性为工程背景,加上塑性力学和结构冲击动力学学科发展的内生动力,结构和材料的能量吸收作为一个新兴研究领域在1960年代初萌生,到1970年代已经基本成形。在期刊和会议平台的支持下,这个新领域的研究在1980年代迎来了第一波热潮,聚焦于薄壁管件塑性大变形时的能量吸收机理。随着蜂窝、泡沫、格栅等多胞材料的兴起,研究和开发它们在能量吸收领域的应用,激发起2000年后的第二波热潮。其间不但揭示出了各种多胞材料的能量吸收机理,而且迅速地同电动车的电池组和新型防护结构等场景的应用结合起来。受生物启发的概念成为设计和开发新型超材料的灵感的源泉。增材制造、结构智能化,以及环保节能的概念,正在深度融入能量吸收系统的原理、设计和优化之中。

关键词：结构和材料的能量吸收薄壁管件塑性大变形多胞材料受生物启发的材料超材料

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掺轻质砂超高性能混凝土的轴拉力学性能

哈尔滨工业大学学报 2024年第2期56卷 28-36页

作者：王俊颜喻星乔周田同济大学材料科学与工程学院上海201804 先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学) 上海201804

为研究轻质砂对不同试件尺寸下超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)拉伸应变强化性能的影响,采用轻质砂对原黄砂进行等体积替代,完成9组不同轻质砂体积率(0~35%)和不同试件厚度(30~100 mm)的单轴拉伸试验,并同步进行... 详细信息

为研究轻质砂对不同试件尺寸下超高性能混凝土(ultra high performance concrete,UHPC)拉伸应变强化性能的影响,采用轻质砂对原黄砂进行等体积替代,完成9组不同轻质砂体积率(0~35%)和不同试件厚度(30~100 mm)的单轴拉伸试验,并同步进行声发射实时探伤测试。结果表明:轻质砂体积率对UHPC弹性极限点对应应力和对应应变的影响较小,但轻质砂体积率由0增加到35%时,UHPC的极限抗拉强度和极限拉应变分别由10.6 MPa和2.35×10^(-3)提高到了19.4 MPa和4.3×10^(-3);轻质砂体积率大于15%时,UHPC的应变强化程度得到显著提升,试件内部产生的损伤点数更多且分布更均匀,展现出良好的裂缝控制能力;在相同轻质砂体积率下,UHPC的应变强化程度随试件厚度的增加而降低,且试件内部的损伤点趋于集中,表现出明显的尺寸效应。

关键词：轻质砂超高性能混凝土拉伸应变强化声发射尺寸效应

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自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验

工程科学与技术 2024年第4期56卷 88-97页

作者：褚云朋伏金蓉钟志豪陈晓强西南科技大学四川绵阳621010 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能... 详细信息

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能,共进行了48组连接接头抗剪性能试验,包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度,不同搭接板厚比(变化范围1.0~2.0),包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接的连接方式。观察混合连接的破坏模式,自攻螺钉未发现拉脱破坏,其破坏模式主要表现为:板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏3种;相较单一连接方式,混合连接荷载–位移曲线表现出更长的塑性阶段;当板厚比大于1.5且组合板厚小于3.0mm,混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显;利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算,与试验结果对比,计算结果偏保守。研究发现:混合连接能较好地弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷,有效改善自攻螺钉拉脱破坏,从而提升连接的承载力及延性;板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素,与单一连接相比,板厚比越大,承载力提升越大;排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限;在本文试验工况下,结合混合连接的破坏模式,在现有计算方法的基础上,提出改善后的计算方法,其计算结果更合理。

关键词：拉铆钉连接拉铆钉-螺钉混合连接组合墙体受剪性能抗剪承载力计算方法

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珊瑚海水海砂混凝土压-剪复合力学性能

复合材料学报 2024年

作者：陈宇良包尔康何钦李佳成叶培欢广西科技大学土木建筑工程学院广西科技大学柳州市绿色先进土木工程材料应用重点实验室

为研究珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)在压剪复合作用下的力学性能，以压应力比为变化参数设计并制作21个珊瑚海水海砂混凝土试件进行压剪试验，观察了试件在压-剪复合作用下的破坏形态，深入分析了压应力比对CSSC剪切强度的影响，并提出了... 详细信息

为研究珊瑚海水海砂混凝土(CSSC)在压剪复合作用下的力学性能，以压应力比为变化参数设计并制作21个珊瑚海水海砂混凝土试件进行压剪试验，观察了试件在压-剪复合作用下的破坏形态，深入分析了压应力比对CSSC剪切强度的影响，并提出了剪切强度计算公式和破坏准则。研究结果表明，随着压应力比k的增大，CSSC剪切强度近似呈幂函数状增大，试件脆性破坏特征逐渐减弱。当k以0.1为增量从0增加到0.5时，剪切强度分别提升了1.53、2.81、3.60、4.32、4.67倍。珊瑚海水海砂混凝土剪切强度主要由黏聚强度、骨料咬合强度和界面摩擦强度组成，其分别占剪切强度的10%～22%、19%～30%和50%～69%；随着压应力比的增大，黏聚强度先增加后减小，骨料咬合强度总体呈上升趋势，界面摩擦强度近似呈线性增加。根据试验数据提出CSSC剪切强度计算公式，计算值与试验值吻合较好；使用不同的破坏准则对试验数据进行分析，发现基于主应力空间的破坏准则与试验结果吻合最好。

关键词：珊瑚海水海砂混凝土压-剪复合作用失效机理剪切强度破坏准则

级配分布模数对复合胶凝材料浆体流变性能影响

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建筑材料学报 2024年

作者：蒋正武袁乐琅任强同济大学材料科学与工程学院同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室

固废部分替代水泥制备紧密堆积复合胶凝材料是水泥混凝土行业低碳发展与性能优化的有效途径，而胶凝材料颗粒级配是影响拌合物流变性能的重要因素.本文基于紧密堆积级配模型，研究分布模数对复合胶凝材料浆体流变性能的影响.结果表明：... 详细信息

固废部分替代水泥制备紧密堆积复合胶凝材料是水泥混凝土行业低碳发展与性能优化的有效途径，而胶凝材料颗粒级配是影响拌合物流变性能的重要因素.本文基于紧密堆积级配模型，研究分布模数对复合胶凝材料浆体流变性能的影响.结果表明：随着Dinger-Funk模型分布模数增加，不同复合胶凝材料的屈服应力和塑性粘度随着级配分布模数的变化呈现不一致的变化规律；浆体流变性能与其堆积密实度存在一定的相关性，而水膜厚度是级配分布模数影响浆体流变性能的关键因素，随着水膜厚度增加，屈服应力和塑性粘度呈幂指数下降趋势，这一影响可通过简化YODEL模型和Ahmadah模型体现.

关键词：复合胶凝材料 Dinger-Funk模型流变性能湿堆积密实度水膜厚度

超低温-高温交变环境下UHPC的拉伸行为及其声发射损伤时序演化

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建筑结构学报 2024年第9期45卷 1-12页

作者：何倍张红恩赵铭睿朱新平任强张翼蒋正武同济大学材料科学与工程学院上海201804 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804 中海石油气电集团有限责任公司北京100028

为揭示极端温度环境下超高性能混凝土(UHPC)的性能演变及其劣化机制,明确了UHPC在-170~200℃范围内的拉伸行为,并基于声发射(AE)技术原位监测了UHPC的温变损伤与裂缝演化规律。结果表明:在超低温-高温交变环境下,直纤维与端钩纤维增强U... 详细信息

为揭示极端温度环境下超高性能混凝土(UHPC)的性能演变及其劣化机制,明确了UHPC在-170~200℃范围内的拉伸行为,并基于声发射(AE)技术原位监测了UHPC的温变损伤与裂缝演化规律。结果表明:在超低温-高温交变环境下,直纤维与端钩纤维增强UHPC的拉伸破坏均呈现应变硬化特征;在单次温变循环内,UHPC的力学性能呈现起伏波动,其中超低温下最高,高温下最低;多次温变循环后,UHPC力学性能则相应降低;UHPC破坏产生的AE信号蕴含着丰富的损伤特征参数,其AE峰频形态在超低温和高温下会发生分化,而其余环境下则呈集中式单峰分布;除超低温外,其余环境下的UHPC开裂均以拉伸裂缝为主,且端钩纤维增强UHPC的拉伸裂缝数量低于直纤维增强UHPC;随着温变循环次数的增加,UHPC的拉伸裂缝数量随之减少。

关键词：超高性能混凝土超低温高温拉伸行为声发射参数时序演化