水泥混凝土的各向异性特性研究
各向异性材料力学特性模型研究
各向异性材料力学特性模型研究引言:各向异性材料是指在不同的方向上具有不同的力学性质的材料。
在工程和科学领域，研究各向异性材料的力学特性模型对于设计和开发新材料以及预测其性能至关重要。
本文将介绍各向异性材料力学特性模型的研究现状和进展。
一、各向异性材料的定义和分类：各向异性材料是指在不同方向上具有不同力学特性的材料。
它们的力学特性会随着外部应力或负荷的方向的改变而改变。
由于其性质的多样性和多变性，各向异性材料被广泛应用于工程和科技领域。
根据各向异性材料的结构和性质，可以将其分为晶体各向异性和非晶体各向异性。
晶体各向异性是指材料的结晶结构在不同方向上具有不同的性质。
这种各向异性主要来源于晶格结构和原子排列的非均匀性。
非晶体各向异性是指材料的性质在不同方向上有着不规则的变化。
这种各向异性主要来源于材料的组成和制备方法的差异。
二、各向异性材料力学特性的建模方法：1. 弹性理论模型：弹性理论是最常用的各向异性材料建模方法之一。
弹性模型基于各向同性弹性材料的理论，并通过增加各向异性参数来描述各向异性材料的力学特性。
其中，最常用的是各向异性Hooke定律，它描述了各向异性材料中的弹性模量与应力之间的关系。
利用该定律，可以计算各向异性材料在不同应力条件下的应变和变形。
2. 缺陷理论模型：缺陷理论是研究各向异性材料力学特性的重要方法之一。
该模型假设各向异性材料中存在一定数量的缺陷或不均匀性，这些缺陷会对材料的力学性质产生影响。
通过研究缺陷的形状、尺寸、分布以及相互作用，可以推导出各向异性材料的力学性质。
常用的缺陷理论模型有裂纹力学理论和位错理论等。
3. 微观结构模型：微观结构模型是通过研究材料的微观结构来描述各向异性材料力学特性的方法。
这种模型将材料的力学性质与其微观结构之间的关系联系起来，通过研究晶体结构、晶粒形状和晶界的性质等因素，来推导出各向异性材料力学特性的数值模型。
常用的微观结构模型有晶体塑性理论和组织力学模型等。
混凝土中各向异性对力学性能的影响研究
混凝土中各向异性对力学性能的影响研究一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其力学性能对建筑物的安全和稳定性至关重要。
然而，混凝土是一种各向异性材料，其性能在不同方向上可能有所不同，这对于设计和施工都是一个挑战。
因此，深入研究混凝土中各向异性对力学性能的影响，对于提高混凝土结构的安全性和可靠性具有重要意义。
二、混凝土的各向异性混凝土是一种多相材料，其主要组成部分是水泥石、骨料和孔隙。
由于混凝土中不同组分的性质不同，因此在不同方向上其性能也可能有所不同，这就是混凝土的各向异性。
混凝土的各向异性可以从以下几个方面进行解释：1. 孔隙结构的各向异性混凝土中的孔隙结构是其各向异性的主要来源之一。
由于混凝土中的孔隙是不均匀分布的，因此在不同方向上其数量和大小也可能有所不同。
此外，孔隙还会影响混凝土的力学性能，比如降低其强度和刚度。
2. 材料的各向异性混凝土中的材料也具有各向异性。
例如，骨料的形状和大小会影响混凝土的力学性能，在不同方向上骨料的排列方式也可能有所不同。
此外，混凝土的水泥石中还存在微观裂缝和孔隙，这些也会对混凝土的力学性能产生影响。
3. 加载方向的各向异性混凝土的力学性能还受到加载方向的影响。
例如，在单向拉伸加载下，混凝土的强度和刚度会随着加载方向的不同而不同。
此外，在双向应力状态下，混凝土的力学性能也会受到加载方向的影响。
三、混凝土中各向异性对力学性能的影响混凝土中各向异性对其力学性能有着重要影响。
以下是混凝土中各向异性对力学性能的影响的具体研究内容：1. 强度和刚度混凝土的强度和刚度是其最基本的力学性能，也是设计和施工的重要指标之一。
研究表明，混凝土的强度和刚度在不同方向上可能有所不同。
例如，在单向拉伸加载下，混凝土的强度和刚度会随着加载方向的不同而不同。
此外，在双向应力状态下，混凝土的强度和刚度也会受到加载方向的影响。
2. 疲劳性能混凝土的疲劳性能是其长期稳定性的重要指标之一。
研究表明，混凝土的疲劳性能在不同方向上可能有所不同。
工程材料的各向异性与应用
工程材料的各向异性与应用材料的各向异性是指其在各个方向上的性质不同，是工程材料中一个很重要的特性，对于该特性的了解和掌握可以在设计和制造中发挥重要作用。
材料的各向异性主要来源于其晶体结构、组织结构和制备过程等因素，这些因素决定了材料在不同方向上物理、化学、力学等方面的性能特点。
下面我们将深入探讨工程材料的各向异性及其应用。
机械材料的各向异性及其应用在机械材料中，最直观的各向异性就是弹性模量的不同。
弹性模量是材料在受力时所表现的刚度性质，表征单位应变下单位应力的关系，也是力学设计中常用的基本参数。
例如，木材在纵向和横向上的弹性模量之间存在很大的差异，这意味着即使相同的受力，木材的变形程度也会因材料的不同方向而发生变化。
在木结构工程中，经常利用这种各向异性来使结构保持稳定，例如将木材以垂直的方向放置以增加结构强度。
金属材料的各向异性主要来源于其晶体结构和制备工艺。
例如，铸造金属中晶粒的大小和排列方式会影响其各向异性。
铸造的金属往往表现出与轴向和横向不同的强度和延展性。
这种各向异性的存在可以用于制造强度和塑性需求不同的零件。
例如在制造机器零件时，对强度和硬度的要求比对在制造其他配件时更高，因此往往会采用经过加工处理的材料，利用各向异性来提高材料的强度、硬度和韧性等性能。
聚合物材料的各向异性及其应用塑料是一种主要的聚合物材料。
其各向异性主要来自于其分子链的方向和排列方式。
由于分子链的排列方式会决定塑料的物理和机械性质，因此塑料的各向异性被广泛应用于工业设计中。
例如，在制造聚乙烯容器时，通常采用注塑工艺和拉伸成型技术来增加容器的韧性和强度。
在这个过程中，通过改变分子链的排列方式来产生各向异性，从而使材料在纵向和横向上表现出不同的性质。
这样制造出来的容器既具有较高的韧性，又具有较强的强度和硬度，同时还能够抵御化学和氧化腐蚀的影响。
综上所述，工程材料的各向异性与应用密不可分。
工程师可以利用各向异性来提高材料的性能，从而满足不同的设计需求。
单一预制节理试件各向异性力学特性试验研究_孙旭曙
（1. 三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2. 三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）
摘 要：节理岩体具有特殊的不连续结构，从而展现出复杂的各向异性力学特性。为了掌握这一复杂力学特性，从理论上分 析了单一节理面的力学效应，并通过常规三轴压缩试验研究了单一预制贯通节理试件的各向异性力学特性。结果表明，节理 试件的力学特性分为受节理面控制和岩块控制；与完整试件相比，节理试件的力学参数均有不同程度降低，其中弹性模量、 抗压强度、黏聚力随节理倾角呈 U 型分布，最小值均出现在 60°倾角节理试件，而内摩擦角与节理倾角呈线性增大关系； 随着围压等级升高，不同倾角节理试件弹性模量和抗压强度的最大值与最小值的比值降低，力学性能差异减小。 关 键 词：节理岩体；预制节理试件；常规三轴压缩试验；各向异性；力学特性 文献标识码：A 中图分类号：TU 452
利瓦依昂水库滑坡[2]等重大事故的发生，工程界和 学术界进一步认识到岩体结构面的力学特性和稳定 性的重要性。 岩体结构面的几何参数，如产状（走向、倾向、 倾角） 、形态、延展度、密度、张开度等，对其力学 特性有重要影响。Rajendra 等[3]对具有 3 组节理的 正方体模型试件进行了真三轴试验，研究了节理试 件的峰后区特性，结果表明节理试件的应变硬化、 应变软化和塑性特性取决于其几何结构和所处的应 力状态。陈新等[4]对含一组非贯通预置裂隙的正方
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混凝土特性实验报告
混凝土特性实验报告混凝土特性实验报告引言混凝土是一种广泛应用于建筑和基础设施工程中的材料。
为了确保混凝土的质量和性能符合设计要求，需要进行一系列的特性实验。
本报告旨在总结和分析我们进行的混凝土特性实验的结果，并探讨其对工程实践的意义。
一、材料选择与配比在混凝土的制备过程中，我们选择了水泥、骨料、砂子和水作为主要材料。
水泥是混凝土的胶结材料，骨料和砂子则是骨料填充材料，水则用于调整混凝土的流动性。
我们根据设计要求，进行了不同配比的试验，以确定最佳的混凝土配比。
二、抗压强度实验抗压强度是衡量混凝土质量的重要指标之一。
我们按照标准程序，制备了一系列不同配比的混凝土试件，并在规定的养护期后进行了抗压强度实验。
实验结果显示，不同配比的混凝土抗压强度存在一定的差异。
通过分析实验数据，我们发现混凝土中水泥的用量对抗压强度有着显著影响。
此外，骨料的粒径和砂子的含量也会对混凝土的抗压强度产生一定的影响。
三、抗拉强度实验除了抗压强度，混凝土的抗拉强度也是一个重要的性能指标。
我们进行了一系列抗拉强度实验，通过拉伸试验机对混凝土试件进行加载，测量其抗拉强度。
实验结果显示，混凝土的抗拉强度相对较低，远远小于其抗压强度。
这是由于混凝土的内部结构以及其材料特性所决定的。
为了提高混凝土的抗拉强度，可以采取添加纤维材料或使用预应力混凝土等措施。
四、耐久性实验混凝土在使用过程中需要经受各种环境的侵蚀，如气候变化、化学物质的侵蚀等。
为了评估混凝土的耐久性，我们进行了一系列耐久性实验。
实验结果显示，混凝土的耐久性受到材料本身的特性以及养护条件的影响。
适当的养护措施和添加防护剂可以显著提高混凝土的耐久性。
五、流动性实验混凝土的流动性是指其在施工过程中的可塑性和流动性。
为了评估混凝土的流动性，我们进行了流动性实验。
通过测量混凝土的坍落度和塑性度，我们可以判断混凝土的流动性是否满足设计要求。
实验结果显示，混凝土的流动性受到水泥用量、骨料粒径和砂子含量的影响。
混凝土中的受力原理及分析方法
混凝土中的受力原理及分析方法一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、桥梁、道路等领域的材料，其物理性能和耐久性能直接影响着工程的使用寿命和安全性。
因此，对混凝土中的受力原理及分析方法进行深入研究，有助于提高混凝土结构的设计和施工水平，保障工程质量和安全性。
二、混凝土受力原理1. 混凝土的组成和结构混凝土主要由水泥、骨料和水等组成，其中水泥和水的作用是使混凝土成为一种硬化材料，而骨料则是填充在水泥石中的颗粒物。
混凝土的结构可以分为三个层次：微观结构、细观结构和宏观结构。
微观结构是指混凝土中水泥、骨料、水以及其他添加剂等微观组成部分的结构，细观结构是指混凝土中的孔隙、空气和水泥石的组合结构，宏观结构是指混凝土实体的形状和尺寸。
2. 混凝土的受力特性混凝土的受力特性主要包括抗压强度、抗拉强度、弯曲强度、剪切强度和冻融性能等。
其中，抗压强度是混凝土的主要力学性能之一，通常用于评估混凝土的承载能力和耐久性能。
抗拉强度是指混凝土在受拉状态下的破坏强度，通常较低，需要通过添加钢筋等方式来提高混凝土的受力性能。
3. 混凝土的受力分析方法混凝土的受力分析方法通常采用弹性理论和塑性理论相结合的方式进行。
在弹性理论中，混凝土被视为一种均匀的、各向同性的材料，其应力与应变之间的关系是线性的。
在塑性理论中，混凝土被视为一种非均质、各向异性的材料，其应力与应变之间的关系是非线性的。
因此，混凝土的受力分析需要综合考虑其弹性和塑性特性，以及其在不同应力状态下的破坏机制。
三、混凝土受力分析方法1. 弹性分析方法弹性分析方法是一种基于线性弹性理论的受力分析方法，适用于强度较高、变形较小的混凝土结构。
该方法通常采用有限元分析、弹性理论分析等方式进行，其中有限元分析是目前最常用的一种分析方法。
在有限元分析中，混凝土结构被划分为多个小单元，并在每个单元中计算应力和应变的分布情况，最终得出整个结构的应力和应变分布情况。
2. 塑性分析方法塑性分析方法是一种基于非线性塑性理论的受力分析方法，适用于强度较低、变形较大的混凝土结构。
新老混凝土界面直剪力学性能测试研究
200㊀㊀Industrial Construction Vol.52,No.1,2022工业建筑㊀2022年第52卷第1期新老混凝土界面直剪力学性能测试研究∗杨培仕(中铁十二局集团第二工程有限公司,太原㊀030032)㊀㊀摘㊀要:新老混凝土界面不同承载方式的抗剪性能是加固结构中的关键,因此,开展了新老混凝土界面倾角和法向应力对剪切性能影响的试验测试,分析了剪切破坏特征,研究结果表明:新老混凝土剪切过程中剪应力-剪切位移曲线大致经历线弹性变化阶段㊁破坏阶段和残余强度阶段;新老混凝土峰值剪应力随着界面倾角增大呈幂指数增大,随着法向应力增大呈线性增大;新老混凝土剪切破坏一般表现为剪胀-剪缩混合型;界面倾角和法向应力对剪切破坏裂纹扩展模式裂纹分布影响显著㊂㊀㊀关键词:新老混凝土;界面;直剪;剪应力;剪切破坏㊀㊀DOI :10.13204/j.gyjzG21060913Experimental Research on Mechanical Properties of New-to-oldConcrete Interface Under Direct Shear ConditionYANG Peishi(The Second Engineering Co.,Ltd.of China Railway 12th Bureau Group,Taiyuan 030032,China)Abstract :The shear performance of new-to-old concrete interface with different loading modes is the key to thereinforcement structure.Therefore,the experimental tests of dip angle and normal stress of new-to-old concreteinterface on shear performance were carried out,and the shear failure characteristics were analyzed.The results showed that the curves of shear stress and shear displacement about new-to-old concrete were roughly divided into thelinear elastic change stage,the failure stage,and the residual strength stage.The peak shear stress of new-to-oldconcrete increased exponentially with the increase of interface dip angle and linearly with the increase of normal stress.During the shear process of the specimen,the shear failure of new-to-old concrete was generally characterizedby dilatancy and shrinkage.The dip angle and normal stress of interface had significant effects on the crackpropagation mode and the crack distribution.Keywords :new-to-old concrete;interface;direct shear;shear stress;shear failure∗国家自然科学基金项目(U1904188)㊂作㊀㊀者:杨培仕,男,1976年出生,高级工程师㊂电子信箱:1352537846@ 收稿日期:2021-06-090㊀引㊀言随着现有工程结构(拱坝㊁桥梁)中混凝土的老化与损害,在老混凝土结构上浇注新混凝土是混凝土结构补强加固中常用的方法,在新老混凝土共同承载情况下,不同承载方式时界面力学性能是影响混凝土结构补强加固的关键[1-4]㊂大量工程实际和试验研究表明:新老混凝土结合面是构件最薄弱环节㊂新老混凝土结构主要通过剪力的方式进行力的传递,其界面抗剪性能直接决定新老混凝土结构性能的优劣[5]㊂新老混凝土界面力学性主要受界面粗糙度㊁修补材料(新混凝土)㊁界面剂和界面植筋等4种因素影响[6]㊂1)粗糙度:新老混凝土界面的粗糙度有效提高了结构的抗剪性能,目前提高新老混凝土界面粗糙度的方法主要有切槽法和人工凿毛法[1,7]㊂2)修补材料:虽然目前修补材料一般都采用不同强度和不同类型的混凝土,但一般新混凝土对新老混凝土界面的抗剪性能的影响有限,因此,在新混凝土中掺杂一些特殊材料,可提高新老混凝土的抗剪性能[8-10]㊂3)界面剂:在混凝土结构修补或加固时,常用剂有膨胀剂㊁水泥净砂浆或粉煤灰等涂抹在修补面上,从而提高界面的黏结性能[11-12]㊂4)界面植筋:在老混凝土打入钢筋后浇注新混凝土,改善了新老混凝土界面抗剪性,极大提升新结构的承载力,是一种有效的加固处理方法[13-16]㊂尽管众多学者对提高新老混凝土的力学性能的研究取得了许多有益的成果,但在改善新老混凝土结构性能,改变承载方式等方面依然有待深入研究㊂新老混凝土界面直剪力学性能测试研究 杨培仕201㊀在直剪条件下对7种界面倾角(修补方位角)和5种法向应力情况下新老混凝土进行剪切破坏试验,并分析界面倾角及法向应力对新老混凝土剪切破坏的力学特性影响规律㊂1㊀试验方法试验试件为含不同倾角的新老混凝土块,因此,在含新老混凝土界面的混凝土块上切割不同倾角的混凝土试件(图1),将切割后的混凝土表面打磨,试件尺寸长宽高为100mm ˑ100mm ˑ80mm㊂新老混凝土切割试件设置7种界面倾角分别为0ʎ㊁15ʎ㊁30ʎ㊁45ʎ㊁60ʎ㊁75ʎ㊁90ʎ㊂图1㊀新老混凝土不同界面倾角试件Fig.1㊀Specimens with different interface dip angles ofnew-to-old concrete采用RMT -150B 型电液伺服岩石力学试验系统对试件进行直剪试验㊂该系统采用伺服控制,可实现载荷控制和位移控制㊂该系统的垂直最大压缩荷载为1ˑ103kN,水平轴最大荷载为50kN,载荷控制精度ɤ1%F S ㊂试验采用分步加载的方式,首先要达到法向荷载的预定值,所以以0.5kN /s 的加载速率进行法向荷载的施加,并保持预定值不变;再以0.01mm /s 的剪切变形速率进行水平剪切力的施加,加载示意如图2所示㊂2㊀试验测试及分析从新老混凝土界面倾角㊁法向应力大小等方面对新老混凝土界面剪切力学特性进行测试㊂2.1㊀界面倾角对剪切破坏力学性能影响在法向应力6MPa 下,分别测试了新老混凝土界面倾角α为0ʎ㊁15ʎ㊁30ʎ㊁45ʎ㊁60ʎ㊁75ʎ㊁90ʎ时的剪切性能㊂不同试件的剪应力-剪切变形曲线如图3所示,由图可知,剪应力-剪切变形曲线均为峰值型a 混凝土界面作用力;b 混凝土直剪试验系统㊂图2㊀加载装置及试件受力Fig.2㊀Loading device and force diagram曲线,且随着界面倾角变化,剪应力-剪切变形曲线的变化趋势基本一致㊂在剪切过程中,大致经历了线弹性变化阶段,破坏阶段与残余强度阶段㊂初始阶段随着加载力增大,剪应力呈近直线增长,即线弹性阶段;剪应力达到峰值后迅速减小,即破坏阶段;由于法向应力的作用,剪切破坏后的试件剪切面产生摩擦阻力,剪应力基本不变,即残余强度阶段㊂图3㊀不同界面倾角剪应力-剪切位移曲线Fig.3㊀Relations between shear stress and sheardisplacement at different interface dip angles在同一法向应力(6MPa)作用下,不同新老混凝土界面倾角试件的峰值剪应力如图4所示,峰值剪应力随着界面倾角增大呈幂指数增大,相关系数R 2在0.99以上㊂与界面倾角为0ʎ时的峰值剪切应力相比,界面倾角为15ʎ㊁30ʎ㊁45ʎ㊁60ʎ㊁75ʎ㊁90ʎ时的峰值剪应力分别增加了23.22%㊁30.57%㊁35.26%㊁38.47%㊁40.58%和44.25%㊂由于新老混凝土界面的存在,使得混凝土具有高度各向异性,在剪切破坏沿界面(α=0ʎ)发生破坏时,此时峰值剪应力最小;在横切界面(α=90ʎ)发生剪断破坏,峰值剪应力最大;因此界面倾角在0ʎ~90ʎ时,峰值剪应力介于两者之间㊂在法向应力(6MPa)及剪切作用下,不同界面倾角新老混凝土的剪切位移-法向位移曲线如图5202㊀工业建筑㊀2022年第52卷第1期图4㊀峰值剪应力随界面倾角变化规律Fig.4㊀Variations of peak shear stress with interface dip angles所示㊂剪切位移-法向位移曲线斜率为正时表示剪缩,而斜率为负时表示剪胀㊂由图可知:在剪切过程初始阶段,法向位移随剪切位移增大变化不大,此阶段剪胀剪缩现象均不明显;而后随着剪切位移增大法向位移迅速增大,曲线斜率为负,表现为剪胀现象;当达到峰值应力后,曲线斜率变为正,变现为剪缩现象;在残余强度阶段,不同界面倾角时法向位移-剪切位移曲线的斜率也不同,当界面倾角较小(0ʎ㊁15ʎ和30ʎ)时,曲线斜率为负但值较小,表现为轻微的剪缩现象,而当界面倾角较大(45ʎ㊁60ʎ㊁75ʎ和90ʎ)时,曲线斜率为正,表现为明显的剪胀现象㊂图5㊀不同界面倾角剪切位移-法向位移曲线Fig.5㊀Relations between Shear displacement and normaldisplacement at different interface dip angles不同界面倾角新老混凝土在压剪作用下的破坏形态如图6所示㊂由图可知:界面倾角为0ʎ时(图6a),试件的破坏为沿界面发生剪断效应,裂纹沿界面扩展贯通;界面倾角为15ʎ时(图6b),裂纹沿预定剪切面方向曲折扩展至贯通,并在主裂纹两侧出现不同程度的次生裂纹,主裂纹两侧的混凝土出现脱落现象,混凝土块脱落方向与结构面倾角方向一致;界面倾角为30ʎ时(图6c),主裂纹沿剪切面贯通,左端剪切接触位置向右上方萌生出两条与主裂纹近似平行的裂纹,混凝土表面出现剥落现象;界面倾角为45ʎ时(图6d),裂纹并未在剪切方向贯通,裂纹从剪切面左右两端开始扩展为上下两条贯通裂纹,其中上裂纹从剪切面左端起向右上方扩展至界面方向,最终沿右上方界面开裂至贯通,而下裂纹从剪切面右端起向左下方扩展至界面方向,最终沿左下方界面开裂至贯通,在这两条裂纹附近出现次生裂纹,并出现混凝土块剥落现象;界面倾角为60ʎ时(图6e),出现上下两条主裂纹,其中上裂纹从剪切面左端起扩展至右上方,下裂纹从剪切面右端起扩展至左下方,两条主裂纹并未贯通且附近出现少量次生裂纹,裂纹的起始端与最终扩展端附近都出现混凝土块剥落现象;界面倾角为75ʎ时(图6f),出现上下两条主裂纹,其中一条从左端剪切面起扩展至右上方,另一条从右端剪切面起扩展至左下方,主裂纹附近出现少量次生裂纹,并且上主裂纹附近出现一条与其平行的裂纹,界面附近出现混凝土块剥落现象,裂纹倾斜角度较界面倾角为60ʎ时主裂纹倾斜角度要大;界面倾角为90ʎ时(图6g),混凝土表面裂纹沿预定剪切面方向向前曲折扩展,扩展方向并不平整,在主裂纹两侧产生了不同程度的次生裂纹,并且在界面两端出现大面积的混凝土块剥落现象㊂综上所述,在同等条件下,界面倾角不同,裂纹扩展模式不同,新老混凝土表面的裂纹分布形态复杂程度不同㊂图6㊀不同界面倾角剪切破坏形态Fig.6㊀Shear failure modes at different interface dip angles2.2㊀法向应力对剪切破坏力学性能影响以界面倾角为0ʎ和30ʎ的新老混凝土为例,试验测试在5种法向应力(2,4,6,8,10MPa)下新老混凝土的剪切破坏力学特性㊂新老混凝土界面倾角为0ʎ和30ʎ时不同法向应力下的剪应力-剪切位移曲线如图7所示㊂由图可知,不同法向应力对新老混凝土剪切破坏的剪切应力-剪切位移形态基本一致,均表现为脆性破坏特征㊂新老混凝土界面倾角为0ʎ时(图7a),剪应力-剪切位移曲线为峰值型曲线,这是因为新老混凝土界面有一定咬合力,在剪切过程中初始阶段曲线成近直线,剪应力产生呈线性增长,此时试件的力学性质表现为线弹性,此阶段为线弹性阶段;剪应力达到峰值后迅速下降,试件从弹性变为塑性,此阶段的试件内部在压剪力作用下产生大量微裂纹并导致整个剪切面贯通,从而发生脆断,此阶段属于破坏阶段;新老混凝土界面直剪力学性能测试研究 杨培仕203㊀试件破坏后剪应力相对稳定,此阶段的强度由法向应力下的摩擦力产生,属于残余强度阶段㊂同时,从图7a 还可以看出,当法向应力较大时(6,8,10MPa),剪应力达到峰值后试件突然产生一个应力下降(剪应力几乎达到0),这是因为试件内部积蓄的能量得到突然的释放,破裂面贯通,并伴随着较大的断裂声[17]㊂随着能量的释放完全,在法向应力的作用下剪切面产生摩擦力,剪应力跌近0后又增大至某一数值㊂a α=0ʎ;b α=30ʎ㊂2MPa;4MPa;6MPa;8MPa;10MPa㊂图7㊀不同法向应力剪应力-剪切位移曲线Fig.7㊀Relations between shear stress-shear displacementunder different normal stresses新老混凝土界面倾角为30ʎ时(图7b ),剪应力-剪切位移曲线为典型的脆断复合型㊂当法向应力较小时(2,4MPa),在剪切过程中初始阶段的曲线成近直线,剪应力产生呈线性增长,此时试件的力学性质表现为线弹性,此阶段属于线弹性阶段;而后剪应力已经超过屈服强度,剪切位移变化较大,由弹性变形转变为塑性变形,由于界面的存在加大了试件的塑性特征,此阶段的混凝土内部开始出现裂纹并发育,产生局部裂隙带,但仍具有一定的承载力㊂当剪应力达到峰值后,随着裂纹不断发展,混凝土内部裂纹贯通造成彻底断裂,在很小的剪切变形下剪应力发生骤降,此时试件完全不具有承载力,发生失稳破坏;剪应力降至最小值后,在法向应力作用下剪应力主要是由破坏面摩擦力产生,该阶段属于残余强度阶段㊂当法向应力较大时(6,8,10MPa),剪应力-剪切位移曲线与界面倾角为0ʎ的混凝土在法向应力较小时的剪应力-剪切位移曲线相似(图7a)㊂峰值剪切应力与法向应力的关系如图8所示㊂由图可知,随着法向应力增大,剪切峰值剪应力呈线性增大,相关系数R 2均在0.98以上,这是因为随着法向应力增大,剪切面两侧的颗粒被压制得更为紧密,剪切面要克服颗粒之间的相关作用而发生相对滑移,所需的剪切力也随之增大㊂界面倾角为30ʎ时,剪切面在新老混凝土内部,而界面倾角为0ʎ时剪切面即为新老混凝土界面,相对而言,剪切面沿新老混凝土界面时更容易发生剪切破坏,因而,界面倾角越大,剪切破坏时的峰值剪切应力越大㊂图8㊀峰值剪应力与法向应力关系曲线Fig.8㊀Relations between peak shear stress and normal stress在不同法向应力作用下,试件剪切破坏过程中的法向位移随剪切位移的变化规律如图9所示㊂由图可知,在法向应力较小时(2,4MPa)法向位移-剪切位移曲线基本一致,而法向应力较大时(6,8,a α=0ʎ;b α=30ʎ㊂2MPa;4MPa;6MPa;8MPa;10MPa㊂图9㊀不同法向应力下剪切位移-法向位移曲线Fig.9㊀Relations between shear displacement and normaldisplacement under different normal stresses204㊀工业建筑㊀2022年第52卷第1期10MPa)法向位移-剪切位移曲线基本一致㊂即法向应力的大小对法向位移-剪切位移曲线影响明显㊂而且,界面倾角较大时,法向位移的变化量显著大于界面倾角较小时的法向位移㊂当界面倾角为0ʎ时(图9a),在法向应力较小条件下加载初始阶段的剪切位移-法向位移曲线斜率为正,表现为剪缩现象;而后剪切位移-法向位移曲线斜率为负,表现为剪胀现象㊂在法向应力较大的情况下,剪切应力达到峰值前法向位移随剪切位移增大,曲线斜率为负,表现为剪胀现象;达到峰值应力后,剪切位移-法向位移曲线斜率突然发生变化,变为正,即发生剧烈的剪缩现象,而后斜率虽为正但变小,剪缩现象不明显㊂当界面倾角为30ʎ时(图9b),不同法向应力做作用下剪切位移-法向位移曲线形态基本一致,均是在达到峰值剪应力之前曲线斜率为负,表现为剪胀现象;在达到峰值应力之后,曲线斜率突然为正,表现为剧烈的剪缩现象㊂不同法向应力作用下试件剪切破坏形态如图10所示㊂由图可知:当界面倾角0ʎ时,裂纹沿剪切面(界面)方向向前扩展形成主裂纹,并通过界面贯通,主裂纹两端有轻微的次生裂纹产生并发生混凝土块剥落现象,且随着法向应力的增大,表面混凝土块剥落的面积增大,表面破坏程度越高;当界面倾角为30ʎ时,剪切面与界面都有裂纹产生,混凝土表面有剥落现象;随着法向应力增大,主裂纹沿剪切面贯通,剪切接触位置萌生出近似平行于界面的裂纹,剪切面两端的混凝土表面剥落面增大㊂法向应力越大,裂纹越易沿预定剪切面方向扩展贯通,且主裂纹的宽度越大,混凝土表面剥落面积越大,剪切破坏程度越高㊂a α=0ʎ,σ=2MPa;b α=0ʎ,σ=4MPa;c α=0ʎ,σ=6MPa;d α=0ʎ,σ=8MPa;e α=0ʎ,σ=10MPa;f α=30ʎ,σ=2MPa;g α=30ʎ,σ=4MPa;h α=30ʎ,σ=6MPa;i α=30ʎ,σ=8MPa;j α=30ʎ,σ=10MPa㊂图10㊀不同法向应力下剪切破坏形态Fig.10㊀Shear failure modes under different normal stresses3㊀结㊀论1)新老混凝土不同界面倾角时剪切过程中剪应力-剪切位移曲线均为峰值型曲线,大致经历线弹性变化阶段㊁破坏阶段和残余强度阶段㊂2)在同一法向应力作用下,不同新老混凝土界面倾角试件的峰值剪应力随着界面倾角增大呈幂指数增大,相关系数R 2在0.99以上㊂3)在剪切过程中,新老混凝土剪切破坏一般表现为剪胀-剪缩混合型㊂界面倾角对剪切破坏裂纹扩展模式裂纹分布影响显著㊂4)不同法向应力对新老混凝土剪切破坏的剪切应力-剪切位移形态基本一致,均表现为脆性破坏特征㊂且随着法向应力增大,剪切峰值剪应力呈线性增大,相关系数R 2均在0.98以上㊂5)法向应力的大小对法向位移-剪切位移曲线影响明显,界面倾角较大时,法向位移的变化量显著大于界面倾角较小时的法向位移㊂6)法向应力越大,裂纹越易沿预定剪切面方向扩展贯通,且主裂纹的宽度越大,混凝土表面剥落面积越大,剪切破坏程度越高㊂参考文献[1]㊀韩菊红,毕苏萍,张启明,等.粗糙度对新老混凝土粘结性能的影响[J].郑州工业大学学报,2001,22(3):22-24.[2]㊀李学军.混凝土新老结合面状态对大坝安全影响分析[J].水科学与工程技术,2013(3):45-48.[3]㊀陈芳芳,武永新.新老混凝土结合面断裂:接触耦合分析[J].低温建筑技术,2014(1):108-111.[4]㊀田稳苓,宋昭,肖成志,等.基于数字图像法的新老混凝土粘结面粗糙度研究[J].河北工业大学学报,2017,46(5):75-79.[5]㊀刘杰,陈娟娟.新老混凝土界面抗剪强度研究现状综述[J].混凝土,2015(1):62-67.[6]㊀张菊辉,李粤.新老混凝土结合面黏结强度影响因素研究综述[J].混凝土,2017(10):156-159,162.[7]㊀张雷顺,闫国新,张晓磊.新老混凝土切槽法结合面抗剪性能试验研究分析[J].工业建筑,2007,37(6):101-104.[8]㊀赵志方,赵国藩.新老混凝土黏结抗拉性能的试验研究[J].建筑结构学报,2001,22(2):51-56.(下转第121页)LNG 储罐多点整体提升过程的力学性能研究 杨㊀伟121㊀㊀㊀㊀㊀表3㊀不同阶段提升过程下结构的力学性能Table 3㊀Mechanical properties of structures at表4㊀数值模拟与理论计算值Table 4㊀Numerical simulation and monitoring resultskN 提升次序理论计算值提升点反力RP1RP2RP3RP4RP5148.245.547.546.345.647.6254.752.653.953.752.453.2361.358.660.959.358.960.1467.864.967.266.464.266.8574.471.474.372.271.873.8680.977.279.378.477.978.8787.484.986.985.784.386.5894.092.493.593.192.093.79100.597.998.998.397.198.910107.1104.9106.3105.8104.6106.111114.7112.1113.9113.3112.8113.812123.4120.0122.6122.2121.8122.913132.1130.0131.8131.1129.8131.414142.0140.4141.6140.9140.2141.3力数值较大㊂提升力的数值和理论计算值的误差较小,最大差值为3%,表明该提升方法可以很好地满足结构设计对变形以及提升力的要求㊂6㊀结束语1)通过施工全过程数值模拟分析,得到了LNG储罐多点直接提升法的应力分布,考虑提升点千斤顶误差引起的提升不同步问题,根据蒙特卡洛抽样方法确定了位移差的随机数值分布,并分别施加在提升点㊂通过上千次循环计算,得到了考虑随机位㊀㊀移差分布下的结构应力分布,发现直接多点提升法施工时,可能出现结构屈曲的安全问题㊂2)提出LNG 储罐胀圈法提升方法,并将其与无胀圈不同步提升进行对比,表明该提升方法可以有效减小提升应力集中,且模拟提升时提升点反力的均值和监测数据的差值较小㊂胀圈法施工时,结构不会发生屈服变形,可以用于同类工程施工中㊂3)采用ABAQUS 建立有限元模型模拟储罐在施工状态下的提升力学性能,可采用静力学方法进行模拟㊂不同步提升误差可采用施加位移差的方式进行模拟㊂通过将数值模拟结构同结构设计计算书中得到的理论计算值进行对比,可验证模型的合理性㊂参考文献[1]㊀黄帆.我国液化天然气现状及发展前景分析[J].天然气技术,2007(1):68-71.[2]㊀邢云,刘淼儿.中国液化天然气产业现状及前景分析[J].天然气工业,2009,29(1):120-123,147-148.[3]㊀熊光德,毛云龙.LNG 的储存和运输[J].天然气与石油,2005(2):17-20,63.[4]㊀谢剑,何飞.大型液化天然气储罐穹顶的优化设计[J].工业建筑,2012,42(4):78-81,98.[5]㊀曹志远.土木工程分析的施工力学与时变力学基础[J].土木工程学报,2001(3):41-46.[6]㊀郭彦林,刘学武.大型复杂钢结构施工力学问题及分析方法[J].工业建筑,2007,37(9):1-8.[7]㊀苏杭,王静风,丁仕洪,等.基于云监测的大跨度空间异形曲面钢桁架结构多点不对称整体提升技术研究[J].工业建筑,2020,50(8):105-115.[8]㊀郑江,郝际平,王宏,等.大跨屋盖多点整体提升过程的力学形体研究[J].建筑结构,2009,39(1):83-87.[9]㊀邹孔庆,刘果,吴义兵等.大跨度复杂组合钢屋盖整体提升施工全过程力学分析[J].工业建筑,2021,51(5):124-130,138.[10]鲍广鉴,王宏,孙大军,等.大面积钢屋盖多吊点非对称整体提升技术[J].施工技术,2004(5):10-12.[11]赵中伟.大跨度双螺旋单层网壳施工分析优化及温度效应研究[D].天津:天津大学,2016.[12]AUGENTI N,PARISI F.Buckling analysis of a long-span roofstructure collapsed during construction[J].Journal of Performanceof Constructed 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混凝土的各向异性及其对工程的影响
混凝土的各向异性及其对工程的影响混凝土是一种常用的建筑材料，广泛应用于各类工程中。
然而，混凝土在力学性能上存在一定的各向异性，这意味着其力学性能在不同方向上会有所不同。
本文旨在探讨混凝土的各向异性及其对工程的影响。
1. 混凝土的各向异性概述混凝土的各向异性是指在不同方向上，其力学性能表现出不同的特点。
主要体现在以下几个方面：1.1 抗压强度的各向异性混凝土的抗压强度在不同方向上存在明显差异。
通常情况下，混凝土的抗压强度在垂直于浇筑方向的轴向上最高，而在平行于浇筑方向的轴向上较低。
这是由于混凝土在浇筑中形成的晶体结构在垂直于浇筑方向上更加紧密，因此具有更高的抗压能力。
1.2 抗拉强度的各向异性混凝土的抗拉强度也存在各向异性。
与抗压强度相比，混凝土的抗拉强度在不同方向上差异更为显著。
在平行于浇筑方向的轴向上，混凝土的抗拉强度较低，而在垂直于浇筑方向的轴向上具有较高的抗拉能力。
这主要是由于混凝土中的纤维骨架在垂直于浇筑方向上更为紧密，导致抗拉强度增加。
1.3 功能性能的各向异性除了力学性能外，混凝土的其他功能性能也存在各向异性。
例如，渗透性和耐久性等方面。
在不同方向上，混凝土的渗透性和耐久性表现出差异，这对工程的使用和寿命产生重要影响。
2. 各向异性对工程的影响混凝土的各向异性对工程具有重要的影响，主要体现在以下几个方面：2.1 结构设计在混凝土结构的设计过程中，需要考虑到其各向异性对结构强度和稳定性的影响。
特别是在某些需要抵御水平力或地震力的结构中，需要合理考虑混凝土的各向异性，采取相应的设计措施，以提高结构的承载能力和抗震能力。
2.2 施工工艺混凝土施工工艺中的各个环节也需要充分考虑混凝土的各向异性。
例如，在混凝土模板的安装过程中，需要保证浇筑方向与结构力学特性的匹配，以减小各向异性带来的影响。
此外，混凝土的浇筑方式和振捣工艺也对其各向异性起到一定的调节作用。
2.3 使用和维护混凝土结构的使用和维护中，各向异性也需要得到合理的考虑。
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水泥混凝土的各向异性特性研究
水泥混凝土是建筑工程中广泛应用的材料之一，其具有很强的抗压强度和耐久性。
然而，研究发现，水泥混凝土材料在不同方向上的性能存在一定的差异，即水泥混凝土具有各向异性特性。
本文将就水泥混凝土的各向异性特性进行探究。
首先，我们来了解什么是各向异性。
各向异性是指材料在不同方向上的性能不同。
在水泥混凝土中，表现为抗拉强度、抗压强度、弹性模量等物理特性在不同方向上呈现出明显的差异。
这种差异主要源于水泥混凝土组成材料的不均匀性以及施工工艺对材料的影响。
在水泥混凝土中，水泥石和骨料是主要组成部分。
水泥石由水泥和水的反应生成的胶体物质组成，其性质与其晶体结构以及水灰比等因素有关。
而骨料则是由颗粒状物质组成，其性质与其类型、大小、强度等因素有关。
这些组成材料的不均匀性导致水泥混凝土在不同方向上的性能差异。
其次，施工工艺对水泥混凝土的各向异性特性也有一定的影响。
施工过程中的振捣、浇筑、养护等步骤会引起混凝土内部的局部应力差异，从而影响混凝土的性能。
例如，施工过程中振捣不均匀或养护不当等因素都会导致水泥混凝土在不同方向上的性能出现差异。
在实际工程中，对于水泥混凝土各向异性特性的研究具有重要的应用价值。
首先，对于结构设计的影响。
水泥混凝土的各向异性特性会影响结构在不同方向上的受力性能，需要在设计中进行合理考虑。
其次，对于施工工艺的指导。
研究水泥混凝土的各向异性特性可以为施工过程中的工艺控制提供依据，从而提高工程质量。
最后，对于材料优化的研究。
水泥混凝土的各向异性特性研究可以为优化材料配比和组成提供指导，从而改善其性能。
针对水泥混凝土的各向异性特性，目前的研究主要包括两个方面。
一是基于实验的研究方法。
通过对水泥混凝土样品进行拉伸、压缩等试验，得到其在不同方向
上的力学性能，再进行统计分析和比较，以揭示其各向异性特点。
二是基于数值模拟的研究方法。
利用数值模拟软件，建立水泥混凝土的微观结构模型，再通过有限元分析等方法，模拟其在不同方向上的应力应变分布，以得到其各向异性特性。
综上所述，水泥混凝土的各向异性特性是一个值得深入研究的课题。
通过对水泥混凝土的组成材料不均匀性和施工工艺的影响进行深入分析，可以揭示其各向异性特点，为工程设计和施工提供指导。
而基于实验和数值模拟的研究方法则可以进一步加深对水泥混凝土各向异性特性的理解。
希望随着研究的不断深入，水泥混凝土的各向异性特性能够得到更好的应用与发展。