混凝土断裂韧度及临界裂缝尖端张开位移--基于虚拟裂缝模型的分析

将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合 ,利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc,求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac 的解析解 ,据此计算了最大尺寸为 12 0 0mm× 12 0 0mm× 2 0 0mm的楔入劈拉混凝土试件的起裂断裂韧度KsIc、失稳断裂韧度KeIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc 研究结果表明 ,随着试件尺寸的增加 ,Δac 增大 ,但其增长幅度明显减小 ;而KsIc、KeIc、CTODc 却是与试件尺寸无关的断裂参数 因此 ,双K断裂准则可很好地描述混凝土裂缝的起裂、稳定扩展及失稳破坏过程     

混凝土Ⅰ—Ⅱ复合型裂纹有效断裂准则

利用单边切口四点剪切梁进行了混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验研究。根据试验结果采用四分之一点奇异有限元法计算了各试件的应力强度因子ＫⅠ和ＫⅡ；结合本文的试验结果在广泛收集、分析国内外混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验资料的基础上，建立了混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型有效裂纹断裂准则，并与已有断裂准则进行了比较。     

陶粒混凝土Ⅰ—Ⅱ复合型断裂判据研究

用混合有限元法，采用四边形等参单元算得三点弯曲梁和四点剪切梁的应力强度因了K1和KII。用对称三点弯曲梁和四点剪切梁试件测得陶粒砼KIC和I－II复合型裂纹的临界K1，KII值，根据实验结果，建议了陶粒砼I－II复合型断裂准则和根据K1／KII值计算起裂角的公式，最后，与普通砼的结构以及断裂力学中3个复合型断裂准则进行了对比。     

混凝土Ⅱ型断裂的FCM和断裂能

本文讨论了混凝土Ⅱ型断裂的机理,并给出了一个产生Ⅱ型断裂的充分条件.从而,提出了Ⅱ型虚拟裂纹模型(FCM).并据此用有限元计算了属于Ⅱ型的剪切断裂能和压剪断裂能.在用刚性加载架对混凝土试样测得剪切荷载-切口相对位移全曲线的基础上,获得了剪切断裂能和压剪断裂能的试验值,它与电算值相当接近.试验结果表明,混凝土Ⅱ型断裂能约为Ⅰ型断裂能的20倍.     

混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型裂纹有效断裂准则

利用单边切口四点剪切梁进行了混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验研究．根据试验结果采用四分之一点奇异有限元法（ｔｈｅｑｕａｒｔｅｒ－ｐｏｉｎｔｓｉｎｇｕｌａｒｅｌｅ－ｍｅｎｔ）计算了各试件的应力强度因子ＫⅠ和ＫⅡ；结合本文的试验结果在广泛收集、分析国内外混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验资料的基础上，建立了混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型有效裂纹断裂准则，并与已有断裂准则进行了比较     

混凝土等效断裂韧度的虚拟裂缝模型解析方法

建立了一种求解基于虚拟裂缝模型的混凝土等效断裂韧度的实用解析方法.首先将虚拟裂缝区粘聚力作为相应的边界条件,运用修正的剪滞理论,根据能量法则推导出一种求解混凝土等效断裂韧度的解析计算模式;最后对照相关试验数据,得到了对应数值解的解析解,且与相关试验对应的数值解相比,解析解的均方差和变异系数更小,具有更好的鲁棒性.由此可以得出结论,所提出的解析计算模式为求解混凝土等效断裂韧度提供了一种可靠的实用解析方法.     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试验研究

通过混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试验设计及成果分析,基于双K断裂准则,分别计算了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂试件失稳断裂破坏时考虑断裂过程区影响的临界有效裂缝长度ac及其对应的应力强度因子KⅠ和KⅡ,建立了考虑断裂过程区影响的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂判据,并用二次抛物线拟合了其临界曲线.与不考虑断裂过程区影响的判据临界曲线相比,考虑断裂过程区的影响,可提高裂缝稳定性计算的安全度,降低材料抗裂性能的要求.     

混凝土 Ⅰ-Ⅱ 复合型断裂试验的试件形式及试验装置系统

在总结分析有关研究的基础上，对进行稳定混凝土断裂试验所需的条件及试验测量误差进行了分析，提出了适于混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂试验研究的试件及其加载测量系统，并分析了引起测量误差的原因．结果表明，单边切口四点剪切梁是进行混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型断裂研究较理想的试件之一     

轻集料混凝土的断裂能

测定了具有不同强度的轻集料混凝土和普通混凝土的断裂能。比较了轻集料混凝土和普通混凝土的断裂能与抗压强度之间的关系。结果表明，对于给定的强度，轻集料混凝土的断裂能大大低于普通混凝土的断裂能。可以认为混凝土的断裂能可能与抗压强度和容重或与其动弹性模量有关。     

Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂角剪滞方法

建立了混凝土等准脆性材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝在单向拉伸荷载作用下断裂角的修正剪滞模型,得到了与试验相吻合且优于传统S判据的断裂角.合理简化了复合型裂缝试样的力学边界条件,得到了裂缝体各剪滞子层位移分布函数的解析表达式.引用一种所谓的最大应力集中因子的概念,对Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝前缘应力场进行了简化描述,得到了复合裂缝断裂角的解析解.根据斜裂缝体的应力分布概况,设置不同的子层分区,得到了更为细化的子层位移分布模式.通过对计算数据的分析,提出了合理的按应力场分区设置子层的剪滞分析模型,从而得到了更为精确的斜裂缝断裂角.新方法的计算结果与试验结果除个别外的相对误差小于4%,均小于S判据,显示算法的卓越性.     

混凝土三点弯曲梁断裂能的测试研究

基于虚裂纹模型概念的断裂能G_F是一个能较真实反映混凝上断裂特性的材料参数。本文除用RILEL规定的100mm×100mm×800mm三点弯曲梁进行了G_F测试外,还分别进行了100mm×100mm×600mm和100mm×100mm×400mm短跨度三点弯曲梁的C_F测试,全部试验在自行设计、加工的刚性加载架上进行,测得800mm标准梁C_F=137.0N/m,另两种短梁G_F分别为131.6N/m和128.6N/m。从而表明,跨度对G_F并无明显影响。本文还介绍了G_F测试原理和刚性加载架的设计原则,并对测试结果进行了讨论和分析。     

不同强度等级混凝土的断裂韧度、断裂能

采用尺寸为１５０ｍｉｎ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ三组楔入劈拉试件进行断裂试 验，研究不同强度等级混凝土的断裂韧度ＫＩＣ、断裂能ＧＦ及临界裂缝尖端张 开位移（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｃｒａｃｋ Ｔｉｐ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）ＣＴＯＤｃ．研究结果表明， ＫＩＣ、ＧＦ随着抗压强度ｆｃ、劈裂抗拉强度ｆｔ的增大而增大，并且成线性关系； ＣＴＯＤｃ则不随试件的强度变化而变化．这与金属材料的断裂特性有明显的 区别．     

考虑断裂过程区的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据研究

根据以前的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂实验资料,同时采用数值模拟实验的方法,基于双K断裂准则,分别计算了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试件失稳断裂破坏时,断裂过程区影响的临界有效裂缝长度ac及应力强度因子KⅠ、KⅡ。根据分析计算结果,建立了考虑断裂过程区的新的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂K判据,并与课题组以前的K判据作了分析比较。     

冻融循环作用下普通混凝土断裂能试验

为了研究冻融循环对普通混凝土断裂性能的影响,依据相关规范进行混凝土快速冻融循环试验,对4组C20普通混凝土进行了冻融次数分别为0次,10次,20次和30次的试件的断裂能测试.试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,混凝土断裂能呈逐渐下降趋势,断裂能损失与相对动弹模损失率的变化规律基本一致.这说明断裂能也可作为衡量混凝土冻融损伤的一个重要指标.     

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。     

碾压混凝土断裂性能研究

提出了测定Ⅰ－Ⅱ复合型裂缝断裂能的方法,用试验论证了不同组合Ⅰ－Ⅱ复合型试件的断裂能属同一量级;对不同应力强度因子水平的试件进行了碾压混凝土层面的徐变断裂试验,得到了应力强度因子水平与断裂时间的关系。     

基于离散单元法的环氧沥青混凝土虚拟断裂试验研究

为明晰环氧沥青混凝土的断裂力学行为特征,基于数字图像处理技术,采用离散元方法建立了切口小梁二维模型,开展了环氧沥青混凝土的虚拟弯曲断裂试验.从细观角度分析了环氧沥青混凝土断裂过程中的力学响应,探讨了其断裂机理及裂纹扩展路径,并与室内试验结果进行了对比.结果表明,采用离散元方法可较好地反映环氧沥青混凝土的断裂力学特性,数值模拟过程中虚拟试件的力学响应与理论结果相符.虚拟试验获取的材料强度参数与室内试验的测试结果接近,误差仅为0.25%,但前者所得的劲度模量因破坏挠度偏大,较后者低16.56%.在裂纹扩展过程中,破坏易产生于黏结较为薄弱的集料-砂浆界面.虚拟试验与室内试验的对比分析结果验证了离散元模型以及参数取值的正确性.     

岩石Ⅰ、Ⅱ复合型断裂判据的研究

本文采用三点弯曲、四点弯曲的断裂试验方法对岩石的断裂韧性以及Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据进行了研究,得出了岩石的Ⅰ-Ⅱ复合型断裂判据:K_Ⅰ~2+AK_ⅠK_Ⅱ+BK_Ⅱ~2=K_(ⅠC)~2并将试验结果与最大拉应力(σ_(θ_(max)))理论和最小应变能密度因子(S(θ_(min)))理论进行了分析比较。     

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．