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     

低配筋混凝土断裂韧度的变化

本文对7组28根不同配筋率钢筋混凝土试件的试验结果进行了分析和有限元计算,在此基础上讨论了低配筋率时混凝士的断裂韧度K_10和配筋率ρ的关系以及含裂纹钢筋混凝土粱的破坏过程和特点,并根据最小二乘原理,拟合了K_10～ρ关系曲线.文中初步明确了钢筋的存在对混凝土断裂性能的影响.     

混凝土试件缝高比对裂缝扩展过程及断裂韧度的影响

采用试件尺寸为40cm×40cm×20cm五组不同缝高比α_0/h的楔入劈拉试件,研究缝高比对砼裂缝扩展过程及断裂韧度的影响,采用在试件缝侧贴应变片并辅以计算机采集系统测得了不同缝高比试件的裂缝亚临界扩展量△α_c·结果表明,试件缝高比不同,裂缝的亚临界扩展量、断裂韧度也不同,并不存在稳定的断裂参数。     

混凝土裂缝端部粘聚力的计算

混凝土裂缝端部断裂过程区的粘聚力分布是导致混凝土断裂呈现非线性特性的重要原因。基于混凝土的断裂特性和虚拟裂缝端部存在粘聚力的分析模型，并通过分布函数的特性分析，提出了粘聚力分布函数的两种简化表达式：一为单参数待定式，另一为双参数待定式。由变形体叠加原理，推导出计算单参数待定函数公式和计算双参数待定函数代数方程组。进而通过裂缝张开位移实测数据即可求得粘聚力分布，并且给出了适当的算例分析和讨论。     

混凝土断裂韧度尺寸效应探讨

从国内一些单位近来所进行的断裂试验数据看,虽然在计算断裂韧度KⅠc时,裂缝长度a的取值为已经考虑了断裂过程区影响的临界有效裂缝长度ac,但KⅠc仍是有尺寸效应的,且基本满足由Weibull脆性破坏统计理论所导出的尺寸效应关系式,严格地说,此尺寸效应关系式只能在包括缝高比a/h在内的所有几何尺寸均相似的条件下才能应用.但大、小尺寸试件的临界缝高比ac/h往往是不相似的,因此尺寸效应关系式还应乘上一修正项.     

高温后混凝土断裂韧度及其权函数计算法

基于双K(开裂韧度和失稳韧度)断裂模型,研究高温后混凝土断裂性能.使用最高温度为600℃的10组楔入劈拉试件测量荷载-裂缝张开口位移曲线,计算混凝土的双K断裂韧度.根据权函数法,计算了基于Petersson黏聚应力软化曲线的黏聚断裂韧度值,并与黏聚断裂韧度的积分解析计算结果进行对比,两类计算结果吻合较好,论证了双K断裂模型对高温后混凝土的适用性.     

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.     

碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度双参数断裂模型

对两种尺寸碾压混凝土三点弯曲梁进行了断裂试验,获得了荷载和裂缝口张开位移P-M全曲线及荷载和加载点位移P-δ全曲线,分析了碾压混凝土的断裂参数、临界有效裂缝长度和临界裂缝尖端张开位移等一系列空白参数.运用双K和双G断裂理论,分别建立了碾压混凝土拱坝诱导缝等效强度的非线性断裂模型和断裂能量分析模型,从非线性应力场和能量释放率角度明确了诱导缝的起裂、稳定扩展和失稳扩展的计算方法,对两种模型计算结果进行了相互比较,并用有限元和沙牌拱坝的工程实际观测值验证了模型的可靠性.给出了拱坝诱导缝的最佳布置间距、设置位置等.实践证明,该模型可提高碾压混凝土拱坝诱导缝的设计水平,且具有工程实用价值.     

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．     

基于裂缝控制的型钢混凝土深梁设计方法

针对内置钢构架型钢混凝土深梁力学性能优越,但是外包混凝土裂缝宽度不能满足正常使用限值的情况,为了有效控制外包混凝土的裂缝开展,对基于裂缝控制的型钢混凝土深梁设计方法进行了研究。基于软化拉—压杆模型建立了内置钢构架型钢混凝土深梁的剪切力学模型,讨论了基于裂缝控制的内置钢构架型钢混凝土深梁设计方法,给出不同裂缝控制要求的箍筋和腰筋面积以及型钢混凝土斜压柱的几何参数;讨论了型钢混凝土斜压柱破坏状况,并给出控制型钢混凝土斜压柱破坏的含钢率条件;给出内置钢构架型钢混凝土深梁发生适筋破坏的条件,为建立该新型内置钢构架型钢混凝土深梁抗剪承载力设计规范公式提供理论基础。     

碾压混凝土拱坝双向间隔诱导缝等效强度研究

通过对碾压混凝土试件断裂韧度分析,得到了碾压混凝土断裂韧度的尺寸效应规律,将该规律运用到双向间隔诱导缝等效强度计算公式中,得到与缝短边边长α及比例常数k有关的双向间隔诱导缝等效强度计算公式．该公式计算简单,且反映了相同面积折减率下双向间隔诱导缝等效强度随尺寸变化规律．同时,发现诱导缝等效强度随着混凝土强度等级的提高而增大,但诱导缝所在断面强度剩余率却随着混凝土强度等级提高及缝短边边长增加而减小．并为碾压混凝土拱坝中诱导缝的设计提出了建议．     

混凝土窄条断裂区模型及其应用

以大量的实验观察结果为依据，提出了描述混凝土类半脆性固体材料失稳断裂前存在着裂缝稳定缓慢增长过程的窄条断裂模型．根据这一模型，提出了采用ＣＴＯＤｃ作控制参数来求解失稳断裂前的有效裂缝扩展量Δａｃ和等效断裂韧度～ＫＩＣ的计算方法．结果表明，将初始缝长ａ０加上Δａｃ进行有效裂缝长度修正后求得的～ＫＩＣ与试件尺寸无关，因而ＣＴＯＤｃ和～ＫＩＣ有希望作为控制混凝土类半脆性固体材料断裂的双参数准则．     

混凝土、砂浆早期温度断裂韧性实验研究

用直接加温度应力的含裂缝圆环试件，对混凝土、砂浆早期温度断裂韧性进行了实验研究。根据实验测得的裂缝扩展时的温度边界条件，结合边界元数值计算，可获得混凝土、砂浆的温度断裂韧性。提出了应变强度因子的概念。实验结果给出了砂浆的ＫＩＣ以及混凝土不同龄期的应力ＫＩＣ及应变ＫＩＣε。实验表明，作者提出的应变强度因子及应变断裂韧性的概念对反映混凝土材料的断裂特性更稳定更具实际意义。研制了混凝土温度断裂研究专用的温度加载、自动采集、控制系统，编写了专用软件。     

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.     

基于扩展有限元法的粘聚裂纹模型

为了能利用通用程序模拟沿任意路径的裂纹扩展问题,利用一种预设虚节点法在通用有限元程序(ABAQUS)平台上实现扩展有限元法功能,推导了基于扩展有限元法的粘聚裂纹模型控制方程。利用上述模型对三点弯梁的开裂过程进行了模拟。计算结果与相应文献中给出的结果及ABAQUS粘聚单元法的模拟结果进行了对比,吻合良好。计算结果表明,扩展有限元法能有效地进行开裂过程的模拟,尤其是在开裂路径未知、难以预先设定网格边界作为裂纹面的情形。基于扩展有限元法的粘聚裂纹模型为准脆性材料的开裂过程模拟提供了一种有效途径。