岩石中小尺寸试件断裂试验及参数计算

通过三点弯曲梁和紧凑拉伸断裂实验模型,测定带有预制裂缝岩石试件的变形及破坏随外载荷变化的规律,得到反映岩石断裂特性的数据曲线.对比两种岩石材料和两种尺寸的紧凑拉伸试件的实验,分析了材料的质地及结构的几何尺寸对断裂参数的影响.     

混凝土断裂能G_F的尺寸效应研究

断裂能G_r是一个基于虚拟裂缝模型(FCM)并考虑了混凝土软化特性的断裂参数,此参数在混凝土结构的非线性开裂计算中是必不可少的。RILEM推荐采用三点弯曲梁作为测定G_r的试件,标准试件的断面尺寸为100mm×100mm,但也可采用更大尺寸的试件。因而,G_r的尺寸效应问题就必需研究。据此,作者进行了100mm×100mm×400mm,400mm×200mm×1600mm和800mm×400mm×3200mm三种尺寸的混凝土三点弯曲梁G_r的系列测试,发现G_r具有显著的尺寸效应。这一结论对大型混凝土结构的开裂分析有着重要的价值。本文就影响G_r尺寸效应的一些主要因素进行了分析和讨论。     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

含Ⅰ型裂纹的普通混凝土梁断裂特性的试验研究

通过三点弯曲梁试验方法,采用电阻法测定混凝土梁的起裂、失稳荷载,分别对不同尺寸、不同预制裂缝的普通混凝土梁进行断裂试验研究。结合双K断裂韧度计算方法,计算不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。分析研究缝高比及梁高对起裂和失稳韧度、断裂能等断裂参数的影响。试验结果表明:试件的初始缝高比及梁高对混凝土的起裂荷载、失稳荷载、断裂韧度均有一定程度的影响。     

三点弯曲梁法研究混凝土断裂能及其试件尺寸影响

采用不同体积、厚度、跨度、高度４个系列计１４组最大尺寸为２４００ｍｉｎ×６００ｍｍ×６００ｍｍ的三点弯曲切口梁试件测试了混凝土断裂能ＧＦ．结果表明，断裂能有随试件体积的增大而增大、随试件跨度增大而减小的趋势。当试件厚度大于２００ｍｍ后，断裂能与试件厚度无关。随试件高度的增大，断裂能也随之增大．因此，混凝土断裂能同断裂韧度ＫＩＣ－样存在着明显的尺寸效应现象，其变化规律也基本一致．     

三点弯曲试件混凝土KIC效应公式的修正

混凝土裂缝前缘存在断裂过程区,以往研究混凝土断裂韧度KIC尺寸效应时未考虑断裂过程区的影响.为此,基于Weibull脆性破坏统计理论,在考虑混凝土裂缝亚临界扩展条件的基础上对三点弯曲试件混凝土KIC尺寸效应换算公式进行了修正,并通过一组试验数据得到了便于工程应用的KIC尺寸效应换算公式的近似表达式.     

基于尺寸效应的砼双K韧度的试验推定

为确定混凝土材料的真实断裂韧度,分析了几种混凝土断裂韧度尺寸效应规律,提出了三点弯曲粱测试的起裂韧度KiniIC和失稳韧度KunIC尺寸效应表达式及真实断裂韧度的趋势线外推法.采用在建桥梁上部结构用高强混凝土制作了6组几何相似,最大尺寸为长×高×宽＝1280 mm×320 mm×160mm,总共18根带预制缺口的素混凝土平面应变三点弯曲试件,由载荷-加载点位移、载荷.裂缝口张开位移曲线和裂缝前沿应变等计算得到双K韧度值.结果表明,混凝土双K韧度符合现在提出的尺寸效应规律,而趋势线外推法可用于测定工程中大尺寸混凝土的断裂韧度.     

混凝土梁的断裂能及其尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂性能及试件尺寸对其断裂能的影响,对含有预制切口的混凝土试件梁进行三点弯曲试验。试验采用线性位移传感器(Linear Variable Differential Transformers,LVDTs)测量试件梁跨中挠度δ,利用荷载-挠度曲线(P-δ)计算其断裂能。试验结果表明:同种尺寸试件梁的P-δ曲线会表现一定的差异性,但总体比较接近;不同尺寸试件梁的P-δ曲线性质相似,但是试件尺寸越大,P-δ曲线峰值越高。此外,混凝土断裂能表现出一定的尺寸效应,试件尺寸越大,断裂能越高。     

高强高性能细粒混凝土断裂特性研究

纤维编织网增强混凝土（textile reinforced concrete,TRC）结构薄壁轻质,具有良好的耐久性、限裂性、定向增强性．而作为TRC基体的细粒混凝土,其基本断裂参数和力学特性不同于普通混凝土,需要重新确定．为此,采用带切口的不同尺寸的三点弯曲梁研究了其断裂特性．试验结果表明：断裂过程中细粒混凝土达到失稳破坏前也要经历一个裂缝稳定发展的过程,其失稳断裂韧度基本保持不变,但起裂韧度随试件尺寸的增大而减小;对荷载一位移曲线的尾部进行修正后,得到的断裂能几乎没有尺寸效应,可作为一个材料常数．     

混杂钢纤维高强混凝土断裂特性研究

采用楔入劈拉试验方法,利用标准紧凑拉伸公式与楔入劈拉经验公式分别计算高强混凝土及混杂钢纤维高强混凝土的双K断裂韧度和断裂能,经比较发现用紧凑拉伸公式计算的失稳断裂韧度值是经验公式的0.85～0.87倍,因此建议采用尺寸符合标准紧凑拉伸要求的试件进行试验确定断裂韧度.分析了纤维混杂后纤维类型、纤维长度、纤维掺量对混凝土增强、增韧的影响,试验结果表明随着混凝土强度增加,断裂韧度、断裂能增大.最后建议高强混凝土采用双K断裂韧度作为韧性评价指标,高强钢纤维混凝土采用断裂能作为韧性评价指标.     

砼断裂韧度尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂韧度的尺寸效应,将基于Weibull统计破坏的尺度律与基于Bazant能量释放的统一尺度律进行对比,进行了三种混凝土断裂韧度,即起裂韧度 、失稳韧度 及临界裂缝尖端张开位移CTODc的试验研究。采用在建桥梁所用高强混凝土材料制作了6组几何相似,最大尺寸为S×H×B=1280 mm×320 mm×160 mm,总共18根带预制缺口的素混凝土平面应变三点弯曲试件,应用MTS材料试验机、动态应变仪等测试手段获得了试件的载荷-加载点位移、载荷-裂缝口张开位移全过程曲线以及裂缝前沿应变等。计算结果发现考虑了裂缝前沿过程区影响后的混凝土断裂韧度仍然表现出一定程度的尺寸效应,而Bazant统一尺寸效应律较Weibull尺寸效应律更适合预测大尺寸混凝土材料的断裂韧度。     

钢筋陶粒混凝土和普通混凝土断裂参数K_(IC)和CTOD_(IC)的试验分析

通过对加筋及无筋陶粒混凝土和普通混凝土带大、小缺口的三点弯曲梁进行试验和有限元分析,对其断裂性能进行研究,分析得到配筋大小、混凝土品种和强度、切口深度对混凝土断裂韧度K_(IC)及临界裂缝尖端张开位移CTOD_(IC)的影响。提出了断裂韧度K_(IC)与混凝土抗拉强度、切口深度的计算公式。试验和分析证实。裂缝开始失稳扩展时,CTOD_(IC)值的变化范围很小,有可能成为控制混凝土失稳断裂的材料参数。     

混凝土基体材料断裂特性试验研究

以水泥净浆和水泥砂浆两种最为基础的混凝土基体材料为研究对象研究了它们的断裂特性.采用三点弯曲梁试件按强度和尺寸系列分别设计了3组断裂试件,获得了P-CMOD全曲线,并测得了起裂荷载.试验结果表明,即使在基体中加入粒径很小的骨料也会大大改善基体的断裂性能.水泥净浆并不是理想的脆性材料,它在断裂过程中也呈现出一定程度的非线性断裂行为,即在失稳破坏前存在着稳定的裂缝扩展过程,且这个过程随着抗压强度的提高而变短.试件尺寸越大起裂越早,裂缝稳定扩展阶段也越长.由此,根据水工混凝土断裂试验规程计算了水泥净浆和砂浆双K断裂参数,并对结果进行了分析讨论.     

基于双G准则的掺粉煤灰砼断裂性能研究

采用双G准则研究了掺粉煤灰混凝土的临界能量释放率,采用不同龄期、不同缝高比的掺粉煤灰混凝土梁做三点弯曲试验.试验表明,浇筑之后7d内,随着龄期的增长,临界能量释放率增长;7d后,临界能量释放率几乎不变化,并且不同缝高比对混凝土临界能量释放率影响不大.由此可以得出掺粉煤灰混凝土的断裂参数,并可作为材料的性能指标.     

跨高比对混凝土双K断裂参数的影响

实验中经常采用标准三点梁测试材料的双K断裂参数；起裂韧度KIc^ini和失稳断裂韧度KIc^un，而在实际工程中，跨高比并不总是等于4，为得到材料实际且准确的断裂韧度，有要研究距高比对双K断裂参数的影响。文章通过数值模拟三点弯曲梁试件（跨高比范围3－8）来探究双K断理解能数随跨高比的的变化趋势。同时，数值实验模拟了材料强度及试件高度双K断裂参数的影响。结果表明，失稳断理解韧度KIc^un与跨高比无关，是材料内在性能，对混凝土材料而言，可以作为预测材料不稳定扩展的一个准则；而起裂韧度KIc^ini不仅随着材料的强度变化，就试件的高度和跨高比而言，也呈现出一定的尺寸效应，需要进一步研究。     

应力状态对RC梁混凝土碳化损伤及承载力的影响

为研究应力状态对钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁碳化损伤及承载力的影响规律,制作了7根RC梁进行加速碳化环境与荷载耦合作用试验研究。将RC梁放入环境箱中,进行三点弯曲静力持荷条件下的7 d、14 d、28 d加速碳化试验,得到不同持荷时间下的RC梁受拉、受压不同区域的混凝土碳化深度,进一步开展加速碳化作用、加速碳化与荷载耦合作用后的RC梁三点弯曲试验,探讨应力状态时碳化深度对RC梁极限承载力的影响机制。结果表明:通过对RC梁受压、受拉区的混凝土碳化深度分析,发现压应力状态会抑制碳化反应的进行,而拉应力状态会促进碳化反应的进行,28 d后受拉区混凝土碳化深度比受压区增加了34.7%。混凝土碳化损伤导致抗压强度降低、钢筋锈蚀影响了试验梁的极限承载力,加速碳化作用28 d后RC梁的极限承载力下降了10.7%,加速碳化与荷载耦合作用28 d后RC梁的极限承载力下降了14.9%。     

试件形式对混凝土失稳韧度KIC^un的影响

为了确定用三点弯曲梁和楔入劈拉两种形式试件所测的混凝土失稳韧度KIunC是否相同以及有多大差异,从两种形式试件KIuCn的比值入手,对二者失稳韧度的关系进行了分析.结果表明,当试件的混凝土材料相同、高度也相同时,用三点弯曲梁和楔入劈拉试件测得的混凝土失稳韧度差异甚小.