基于离散元法的沥青混合料复合断裂行为研究

为了从细观角度深入分析沥青混合料复合断裂机理,基于沥青混合料细观结构特征,将材料分为粗集料、沥青砂浆和空隙3个组分,确定宏、细观接触模型参数的转换关系,构建具有细观特征的离散元模型;通过室内试验的结果验证了虚拟模型参数设置的合理性;基于数值模型进行不同预裂缝位置的三点弯曲梁试验,并对试件的裂缝扩展、应力水平和颗粒位移进行分析.结果表明:控制裂缝路径的主要因素是断裂模式,其次是集料与裂缝的相对位置,主裂缝扩展角较好地符合最大周向应力准则;随着Ⅱ型开裂比例的增加,沥青混合料断裂过程区的宽度变小,裂缝尖端主应力水平降低,软化特征逐渐减弱;裂缝两侧的位移随着预裂缝的偏移逐渐增大,试件趋于脆性破坏.     

混凝土水力劈裂时裂缝扩展与缝中水压力变化试验研究

对原混凝土水力劈裂试验的密封装置进行了改进,为避免水压力较大时硅胶板变形过大,用硅胶套替代原来的硅胶板,并用夹子固定在混凝土试件上.同时为了追踪水力劈裂过程中裂缝尖端开裂位置的变化,在混凝土预留缝端部布置了一排防水应变片.通过4个扩散硅传感器和5个防水应变片同步实时量测试验过程中混凝土水力劈裂过程中的缝面水压力分布和应变变化,并将测得的缝面水压分布和扩展裂缝尖端位置进行比较.结果表明:水力劈裂试验中,随着外水压的增加,裂尖稳定扩展速度明显增大,且裂缝失稳荷载下降.裂缝内水压力随着裂缝张开而降低.起裂时缝内水前端滞后裂缝尖端10mm,失稳时,缝内水前端滞后裂缝尖端40mm.     

组合钢板梁负弯矩区疲劳损伤效应试验研究

为研究组合钢板梁负弯矩区的疲劳损伤效应,基于某常规跨径组合梁桥结构形式设计了2根不同配筋率组合梁试验模型,在倒置状态下开展了模型梁的初始开裂加载、疲劳加载及极限破坏加载试验,对试件的裂缝发展、挠度、应变等指标进行了观测和分析.试验结果表明,配筋率对组合梁混凝土开裂荷载影响较小,但对后期疲劳裂缝发展速率和裂缝宽度影响较大;疲劳荷载作用下,组合梁挠度和应变响应在达到稳定发展之前,会经历复杂的内力重分布过程,高配筋率试件相比于低配筋率试件有更长的内力调整期;2×106次疲劳试验后,组合梁整体刚度有轻微地退化,但钢梁未出现疲劳开裂.钢梁应变数据的观测以及损伤分析表明,钢梁中性轴指标能较好地反映组合梁负弯矩区的疲劳累计损伤作用.     

玻璃纤维增强塑料约束再生混凝土轴压试验

主要以再生粗集料取代率为试验研究参数,完成了9个玻璃纤维增强塑料(GFRP)约束再生混凝土圆柱试件的轴压试验,重点分析了试件的受压破坏特性、轴向力-纵向位移关系、横向应变发展以及约束再生混凝土的横向变形系数的变化规律.试验和分析结果表明:GFRP约束再生混凝土纵向应力-应变关系呈弹性上升、弹塑性上升、下降、应变强化等4个阶段,其强度得到明显提高,变形性能得到改善,核心再生混凝土和GFRP管之间滑移较小,含再生粗集料试件的横向变形系数普遍低于不含再生粗集料的试件.     

玄武岩纤维TRC板拉伸性能试验研究

采用短切钢纤维体积掺量为0%、0.8%、1.6%的3种精细混凝土基体分别制备玄武岩纤维TRC板,并对纤维编织网施加不同水平的预拉力,通过单轴拉伸试验,考察了各类TRC板试件的应力-应变关系和裂缝形态.试验结果表明:随着纤维编织网层数的增加,TRC板试件的开裂荷载减小,极限荷载和极限应变均增大,裂缝形态得到很大改善.随着纤维编织网上预拉力水平的增加,TRC板试件的开裂荷载增大,极限荷载并未产生明显变化,极限应变减小,裂缝逐渐表现出不良的形态.TRC板试件的拉伸性能与短切钢纤维掺量和预拉力水平均存在一定的相关性;当基体混凝土中掺加体积分数为1.6%的短切钢纤维且纤维编织网上施加的预拉力大小合适时,TRC板试件表现出相对较好的拉伸性能.     

轴心受压古砖砌体裂缝发生发展规律

裂缝是砌体结构损伤的直观表现.为研究古砖砌体结构受压状态下裂缝发生发展规律,对一批冻融循环后的古砖砌体试件进行抗压试验,获取了古砖砌体的荷载-变形和裂缝数据.提出砌体开裂荷载的确定方法,通过荷载-变形曲线、单条裂缝长度和裂缝发展趋势综合评判开裂荷载.建立了三折线模型,该模型能反映裂缝长度与荷载之间的关系.相比现代砌体试件,古砖砌体开裂早,裂缝发展快,平均开裂荷载为0.52f_m(抗压强度);当应力达到约0.7f_m时,裂缝上下贯通;当应力达到0.93f_m时,砌体进入破坏阶段.提出用裂缝密度描述砌体损伤状态,得到了典型的古砖砌体裂缝密度发展规律,破坏时最终裂缝密度为8.7m/m~2.国内外相关文献的试验数据表明,裂缝密度是一种稳定性较好的指标,具有深入研究和推广应用的价值.     

集料粒径与体积分数对水稳碎石材料抗裂性能的影响

为了研究集料粒径和体积分数对水稳碎石材料抗裂性能的影响,借助离散元法构建了具有相同集料轮廓与位置、不同集料粒径与含量的圆形劈裂数值试件.通过虚拟间接拉伸试验模拟了水稳碎石细观开裂过程,并进一步研究了集料粒径与体积分数对结构细观开裂行为的影响.结果 表明:集料粒径和体积分数对数值试件的力学性能有着显著影响,降低集料体积分...     

利用导电性能确定接缝灌浆材料Ⅱ型断裂临界荷载

在地震作用下,坝体接缝灌浆面是一个相对薄弱面.在这个面很有可能出现Ⅱ型断裂破坏.采用有限宽两端预留缝半边受力试件进行了接缝灌浆材料的Ⅱ型断裂试验.在试验中考察了Ⅱ型断裂过程中的导电特性.试验结果表明,接缝灌浆材料试件的导电性能随荷载有显著的变化;接缝灌浆材料的导电特性可以被用来确定Ⅱ型起裂的临界荷载;Ⅱ型起裂时间与受压柱体内部裂缝出现的时问因试件不同而先后顺序有变化.     

应力对混凝土断裂参数测定有效性的影响

对于线弹性材料,裂缝尖端平行于裂缝方向的T应力会影响裂缝的扩展方向和起裂断裂韧度,然而在混凝土类准脆性材料的断裂韧度测试中,无论是起裂断裂韧度还是失稳断裂韧度,T应力的影响却少有研究.以混凝土Ⅰ型断裂韧度测试常用的三点弯曲梁、楔入劈拉试件为对象,计算了裂缝尖端的T应力大小,并分析了其对裂缝扩展方向和断裂韧度的影响.分析计算结果表明:这些常用试件裂缝尖端的T应力相比于裂缝尖端控制因素应力强度因子K很小,不会影响裂缝扩展方向,保证了混凝土断裂失稳前一直处于Ⅰ型裂缝状态;另外,T应力对起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的数值也不会产生影响,说明常用试件进行的混凝土断裂韧度确定方法是可靠有效的.     

垂直振动成型冷再生混合料疲劳特性研究

为深入研究乳化沥青冷再生混合料的疲劳特性,采用更符合混合料现场压实工况的垂直振动法成型圆柱体试件.研究了RAP掺量、成型方法及浸水环境对冷再生混合料疲劳特性的影响,应用Weibull分布建立冷再生混合料疲劳方程,并借助扫描电镜揭示了冷再生的疲劳抗裂机理.结果表明:新集料掺量对冷再生混合料疲劳性能有显著影响,疲劳性能随新集料掺量的增加呈抛物线变化趋势,当新集料掺量为20%时抗疲劳性能最优;垂直振动法设计冷再生混合料在应力作用下的抗疲劳性能及对应力变化敏感性优于马歇尔法;与未浸水试件相比,不同应力水平下浸水试件的疲劳寿命均缩短,对应力变化更加敏感;水泥-乳化沥青胶浆相互渗透胶结,并将集料紧密黏结,形成较致密的网状结构,有效改善胶浆与集料的界面协调变形,延缓裂缝发展.     

沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律

基于沥青路面分析仪疲劳试验,通过调整试件的宽跨比来增强试件尺寸对路面结构的代表性,研究沥青混合料板式试件的疲劳开裂规律.制备原状、短期老化和长期老化3种板式试件,用往复移动的试验轮加载,使对边简支的板式试件内产生双向弯拉应力,测量疲劳过程中的挠度变化,观察裂缝开展过程,测定试件破坏时的疲劳寿命.板式试件疲劳试验显示了具有初始局部缺陷的有限宽度板在双向弯拉应力下的开裂过程.板底裂缝既呈现出从下至上的垂直扩展,又在板底水平方向呈现出长度的增加.板式试件的裂缝发展、裂缝形态及挠度变化均有别于梁式试件.     

双重环筋约束下超短混凝土试件的局部受压试验研究

针对27个配置了双重环筋的圆柱形构件进行了局部受压试验,试件高度低于试件直径.研究了非局压区宽度b、试件高度h和约束钢筋配筋率ρ对试件的破坏形态、极限承载力、等效应力-应变曲线、开裂荷载、正常使用状态下的荷载及内外环筋屈服荷载的影响.在环筋的约束下,试件局压区核心混凝土体出现较高的强度和较好的延性.试件发生了三类破坏形态:侧面只有竖向裂缝、竖向裂缝加不全贯通环向裂缝和竖向裂缝加全贯通环向裂缝.高度系数β对于试件承载力的影响是最大的,随着β的减小,承载力呈非线性增大趋势.随配筋率增大,承载力增大,其增大量有变缓的趋势.宽度系数对试件承载力有一定影响,但不太明显.     

橡胶集料掺量对混凝土压弯性能的影响

针对橡胶集料混凝土的抗压及抗弯性能,在500/~1500/橡胶集料体积掺量下进行立方体抗压强度以及单轴受压应力-应变全曲线试验,并利用动态应变仪测量了4点弯曲状态下的拉应变.试验结果表明,橡胶集料混凝土的弹性模量较基准混凝土有大幅度的降低,峰值轴压应变可达4106×10-6,弯曲状态下,拉应变曲线评定结果表明橡胶集料混凝土存在明显的屈服点,极限拉应变可达260×10-6~640×10-6.这些测试所得的应变数值都大大超过基准混凝土,表明掺入橡胶集料可有效地提高混凝土的韧性和变形性能.同时,对1年龄期的橡胶集料混凝土试件的立方体抗压测试表明,其后期强度呈现可观的增长.     

复合应力状态下砂岩损伤演化与裂纹扩展特征试验研究

为从细观尺度上研究复合应力状态下岩石中裂纹的扩展,采用数字图像相关技术,对砂岩人字形切槽巴西圆盘试件展开试验研究。基于试验中获取的试件在加载全程中的裂缝开口位移、全场域的应变场和位移场的分布和演变规律,对岩石的损伤演化及裂纹扩展机制和特征进行分析。结果表明:复合应力状态下岩石的损伤演化具有明显的阶段性;主要断裂形态为翼裂纹和次生裂纹,均为拉剪复合型裂纹;翼裂纹起裂位置随加载角度增大向试件中心靠近,沿曲线路径向加载点扩展,扩展中主导机制为拉伸;次生裂纹从柱面边缘起裂,以较平直路径向切缝尖端或切缝上某处扩展,扩展过程快速而不稳定,拉伸与剪切在其扩展机制中所占比重随加载角度变化。     

钢混凝土组合桥面板负弯矩区裂缝宽度计算

制作了5个组合桥面板试件并进行负弯矩加载试验,结果发现组合桥面板在混凝土开裂后截面内钢筋、钢板的应变不符合平截面假定,钢筋应变明显大于按照平截面假定求得的计算值.理论推导了组合桥面板混凝土开裂后截面钢筋应力的计算公式,并与试验结果对比,计算值与实测值吻合较好.对不同的混凝土裂缝宽度计算方法进行对比发现:采用本文推荐的钢筋应力公式,并使用公预规提出的混凝土裂缝宽度计算公式按照偏心受拉构件计算,得到的结果与实测值吻合较好.     

被动围压下早龄期补偿收缩钢纤维混凝土冲击压缩性能试验

为了研究被动围压约束条件下早龄期混凝土动态力学性能,利用直径74 mm分离式霍普金森压杆进行试验。在不同加载气压钢质套筒被动约束条件下,测试7 d龄期补偿收缩钢纤维混凝土试件轴向或径向的应力和应变变化趋势。结果表明:补偿收缩钢纤维混凝土材料在被动围压下,延性和抵抗破坏能力显著加强,试件轴向应力-时间历程曲线和轴向应力-应变曲线可知,整个加载过程分为三个阶段。第一阶段为弹性阶段,由于试件刚性所致,应力增幅快;第二阶段为弹塑性阶段,试件逐步压缩变形,应力增长缓慢,应变增幅大;第三阶段为试件塑性破坏阶段,应力直线下降;在0.6 MPa、0.7 MPa和0.8 MPa气压作用下,试样典型轴向应力峰值为无围压条件单轴压缩SHPB实验时的1.5~1.8倍;试件破坏应变高达(23~27)×10-3,是无围压SHPB试验试件破坏应变的4~6倍;从试件破坏形态看,由于钢纤维掺入,试件仍保持较好的整体性,裂缝分布表征试件为压剪破坏。     

基于仿真技术的汽车鼓式制动器失效分析

通过建立鼓式制动器刚柔耦合虚拟样机模拟制动器制动的实际加载过程,建立鼓式制动器的接触分析模型;应用动力学和有限元方法对鼓式制动器进行接触分析,得到了接触压力、应力、应变分布规律;分析E260型载重车制动鼓法兰圆角处的开裂失效问题并进行材料检测试验.结果表明:接触压力分布不均及机械应力集中是导致制动鼓开裂失效的直接原因.     

基于广义最大周向应变准则的断裂特性研究

裂纹尖端应力场的非奇异性常数项（T应力）对脆性或准脆性材料的断裂特性及裂尖塑性区的形状和大小都有显著的影响。为了探究T应力对脆性或准脆性材料I~II复合型断裂特性的影响规律,基于先前研究中提出的计及T应力影响的广义最大周向应变准则进一步讨论了T应力、裂纹尖端的临界距离r₀和泊松比ν对中心裂纹圆盘试件的裂纹扩展路径以及临界应力强度因子的影响规律,并利用该准则对基于中心裂纹圆盘试件的断裂试验结果进行了有效评估。结果表明：与传统的最大周向应变准则相比,中心裂纹圆盘试件中由于负T应力的存在,会使得裂纹开裂角的绝对值减小,同时使得临界应力强度因子（断裂韧度）的值增加。考虑了T应力影响的广义最大周向应变准则能很好的对试验结果进行预测;并且在纯II型时,基于广义最大周向应变准则的理论预测值比基于广义最大周向应力准则的理论预测值更接近试验值。     

活性粉末混凝土(RPC)预应力叠合梁受弯性能研究

为研究活性粉末混凝土(RPC)材料的结构性能,设计了三根活性粉末混凝土无粘结预应力叠合梁,对其受弯性能进行了研究,得到了关于截面应变分布、钢绞线应力增量、中点挠度等有效的试验数据以及试验梁的裂缝分布和破坏特征．试验结果表明,RPC叠合梁的截面应变符合平截面假定;裂缝分布仍然具有明显的纯无粘结预应力梁的裂缝分布特征;荷载-挠度曲线为两直线段形状,且有效预应力越大,试验梁延性越差,破坏时挠度越小,荷载-预应力增量曲线形状与荷载-挠度曲线形状相似,呈两直线段．文中还建立了试验梁的开裂弯矩和刚度计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好．     

轴压PVC-FRP管混凝土中长柱试验研究

通过10根PVC-FRP管混凝土中长柱轴压性能试验研究,探讨PVC-FRP管混凝土中长柱受力性能以及PVC-FRP管对核心混凝土承载力的提高效果,分析长细比对试件承载力、变形以及破坏形态的影响.试验研究表明:PVC-FRP管混凝土中长柱的受力过程经历弹性阶段、裂缝开展阶段和强化阶段;试件破坏形态表现为中部多条FRP条带被拉断,PVC管被压碎;随着长细比的增加,试件的承载力、轴向极限应变和环向极限应变逐渐减少,轴向极限应变降低的幅度比承载力降低幅度要大.PVC-FRP管混凝土中长柱的应力-应变关系曲线可以分为两个阶段:第一阶段的应力-应变曲线为抛物线,与素混凝土柱基本相似;第二阶段的应力-应变曲线为强化段,不同长细比试件强化段的斜率基本相同,试件破坏前,其应力和应变一直处于增加状态.在试验研究基础上,提出PVC-FRP管混凝土中长柱承载力和轴向极限应变的计算公式,建立PVC-FRP管混凝土中长柱应力-应变关系模型.研究结果为PVC-FRP管混凝土柱的研究和应用提供了参考.