往复荷载作用下混凝土梁的断裂性能

为研究混凝土梁在往复荷载作用下的断裂性能,对带预制切口的混凝土梁进行三点弯曲试验,采用电子散斑干涉(ESPI)技术对梁表面进行全场测量。通过ESPI测量结果,得到裂缝尖端张开位移。分析结果表明:荷载—裂缝尖端张开位移曲线在混凝土试件梁裂缝起裂阶段,梁名义刚度不变;裂缝稳定扩展阶段,梁名义刚度逐渐降低到0,承载力达到最大;裂缝失稳扩展阶段,梁名义刚度降低为负值,此时裂缝发展迅速。ESPI位移图能够直观反映混凝土的裂纹扩展过程,在加载初期,干涉条纹极少,可认为材料处于弹性变形阶段;加载中期,干涉条纹逐渐增多,卸载后只有少部分形变能够恢复,可认为进入弹塑性变形阶段;加载后期,干涉条纹增加迅速,试件变形较大。裂缝张开位移曲线荷载值相等时,加卸载路径曲线的斜率(裂缝长度/裂缝张开位移)接近,但裂缝长度会随着加卸载历史有所改变。     

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。     

高温后混凝土的裂缝张开位移

进行了高温后混凝土楔入劈拉法断裂试验,研究裂缝扩展全过程中裂缝口张开位移与裂缝尖端张开位移之间的关系.根据裂缝口张开位移-裂缝尖端张开位移曲线判断起裂荷载,并与采用荷载-裂缝口张开位移判断的起裂荷载进行比较,两者能较好吻合.采用两参数和铰链模型由实测裂缝口张开位移值计算裂缝尖端张开位移,并与试验尖端张开位移值进行比较,发现两参数模型更为准确.确定高温后混凝土楔入劈拉试件裂缝尖端张开位移与裂缝扩展长度的关系,两者呈指数关系.     

混凝土坝裂缝失稳扩展判据

由于混凝土坝裂缝在失稳扩展前常发生亚临界扩展,难以测量混凝土坝裂缝尖端张开位移,且通过试验获得稳定的临界裂缝尖端张开位移比较困难,因此不能直接应用裂缝尖端张开位移理论分析混凝土坝裂缝失稳扩展.针对该问题,推导了裂缝开度与裂缝尖端张开位移之间的几何关系,通过类比建立了一个基于实测的裂缝开度δ的裂缝失稳扩展判据,提出了以统计学原理及小概率法确定判据中临界裂缝开度cδ的方法,并给出了确定临界裂缝开度cδ的具体步骤.研究表明,该判据具有一定的适用性和可操作性,能直接应用于大坝的安全管理.     

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.     

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。     

恒幅循环荷载作用下FRP加固桥梁疲劳寿命预测

在线性渐进叠加假定的基础上,理论推导了三点弯曲荷载下FRP加固桥梁应力强度因子的计算公式,并结合FRP加固桥梁疲劳裂纹扩展试验,分析了FRP加固梁裂纹的扩展行为,验证了裂缝口张开位移CMOD的经验公式可用于计算标准三点弯曲梁的裂缝口张开位移,进而计算断裂模型中梁的临界有效裂缝长度.利用线弹性断裂力学中应力强度因子对疲劳裂纹扩展进行定量描述,进而对FRP加固桥梁的疲劳寿命进行预估算研究.     

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     

混凝土结构裂缝的动力稳定性损伤与断裂

为了得到裂缝尖端损伤产生、发展直至失稳扩展的规律,基于混凝土结构的Brooks损伤演变方程与Loland损伤演变方程,采用有限元软件Ansys,计算混凝土三点弯曲梁在冲击、周期、地震等动荷载作用下的应变;将有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果进行对比分析,并将2种损伤演变方程应用于工程实例Koyna重力坝,建立坝体三维模型,计算地震荷载下的应变,分析其薄弱部位,研究坝体裂缝尖端损伤产生、发展直致失稳扩展的过程。结果表明:有限元计算得到的裂缝口张开位移与已有实验结果数据比较吻合,验证了模拟计算的合理性;结构对不同作用形式的动荷载响应相差很大,其中地震荷载对结构的破坏最显著;坝段在达到起裂损伤后稳定发展,随后达到失稳损伤,裂缝扩展,形成新的损伤区域;2种损伤模型的计算结果相差不大,损伤因子均随时间稳定增长,发展规律一致,说明2种模型均可用于动荷载下混凝土结构裂缝的扩展至失稳的计算和分析。     

混凝土锈胀开裂的断裂过程分析

应用线弹性断裂力学基础理论,结合弹性力学研究成果,得到了钢筋均匀锈蚀导致锈胀裂缝扩展至表面前的锈胀力与裂纹张开位移的关系.结合混凝土的双K断裂准则,分析了混凝土锈胀开裂过程的断裂韧度及其影响因素.研究结果表明:钢筋直径与保护层厚度及混凝土强度是影响混凝土锈胀开裂发展的主要因素;适当增加混凝土保护层厚度、选用小直径钢筋和选择高性能混凝土均有利于抵抗锈胀裂缝的扩展.     

幂硬化对疲劳弹塑性弯曲裂纹张开位移的影响

本文主要研究了疲劳载荷作用下的硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移问题.综合考虑了疲劳作用应力,塑性区域边界上正应力与剪应力,利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了硬化材料弹塑性弯曲裂纹尖端的张开位移的最大值.作图分析了弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移尺寸最大值与材料硬化指数之间的变化关系.在幂硬化材料中,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移最大值随着材料硬化指数n的增大而减少,当n等速均匀增加时,弹塑性弯曲裂纹尖端张开位移最大值加速减少,减少的幅度越来越大.当材料的硬化指数相同时,弯曲裂纹尖端张开位移最大值随外载荷的不断减小而逐渐减小.开拓了一个计算硬化材料弹塑性弯曲裂纹张开位移最大值的理论模型的崭新领域.     

水泥基碳纤维智能层检测混凝土梁的试验研究

为研究水泥基碳纤维复合材料的应变传感特性,对带有预制裂缝的混凝土梁试件进行三点弯曲试验。试验结果表明:水泥基碳纤维智能层传感器可感知混凝土梁平均应变的变化;且其与弯拉荷载呈线性变化关系。在压阻效应第一阶段,短切碳纤维发生重新搭接而使得水泥基智能层的电阻变化率随平均应变的增加而急剧增加;在压阻效应第二阶段,水泥基智能层形成新的导电网络其电阻变化率基本趋于稳定;且与梁的平均应变有很好的线性一致性。因此,可通过监测水泥基智能表层电阻变化率来监测梁的平均应变,从而达到检测裂缝宽度的要求。     

CFRC复合梁力学性能试验研究

碳纤维混凝土(CFRC)复合梁是在普通混凝土梁中掺入短切碳纤维,以此改善混凝土的性能.碳纤维弹性模量高,将其掺入混凝土中能改善混凝土的韧性并起到增强阻裂的效果.通过四点加载试验,研究普通混凝土梁与不同纤维层厚度、不同纤维长度的复合梁的弯曲破坏机理、荷载挠度行为、裂缝形态等.试验结果表明,在混凝土梁的受拉区掺入短切碳纤维可以有效改善其变形能力;碳纤维对混凝土裂缝扩展的抑制、裂缝形态的改善效果较好;纤维层厚75mm、纤维长度10mm的复合梁性能最优.最后提出了CFRC弯曲构件极限承载力的计算公式.     

碳纤维布加固含裂缝混凝土梁的裂缝扩展阻力性能

基于虚拟裂缝模型和试验测得的荷载与裂缝口张开位移曲线,计算得到碳纤维（CFRP）加固含裂缝混凝土梁的裂缝扩展阻力曲线,并讨论试件尺寸对CFRP加固试件阻力性能的影响．结果表明,CFRP加固试件中也存在断裂过程区长度减小的现象,纤维布的阻裂作用是影响CFRP加固试件裂缝扩展阻力性能的关键因素,并且试件高度和初始裂缝长度对CFRP加固试件的阻裂性能无明显影响．     

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.     

多壁碳纳米管对钢渣混凝土力学及耐久性能的影响

多壁碳纳米管(MWCNTs)作为新兴纳米材料,能够改善混凝土材料的宏观性能及微观结构。本文研究MWCNTs对钢渣混凝土的力学性能及耐久性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)分析其增强机理。研究结果表明：MWCNTs掺量为0.08%时,钢渣混凝土的力学性能及耐久性能显著提高,28 d标准养护条件下,钢渣掺量为15%时,与未掺加MWCNTs的钢渣混凝土相比,抗压强度和抗折强度分别提高了13.2%和14.6%;28 d氯离子扩散深度和氯离子扩散系数分别降低了29.8%和27.4%;200次冻融循环过程中,掺入MWCNTs的钢渣混凝土质量损失率及相对动弹性模量变化率偏低,材料抗冻性能增强。MWCNTs通过桥联和拔出效应,可抑制微裂缝的产生和扩展,有效改善骨料界面过渡区,从而提高混凝土材料的力学性能及抗冻、抗氯离子侵蚀性能。     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石的断裂能试验研究

为了研究聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧性的影响,通过聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石的三点弯曲试件断裂试验,测得了试件的断裂能、裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移,给出了聚丙烯纤维体积掺量的合理范围--0.6‰～0.8‰.试验结果表明:聚丙烯纤维可以明显提高水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移和极限裂缝尖端张开位移;随着试验龄期的增长,无论聚丙烯纤维掺入与否,水泥稳定碎石的断裂能均呈增大趋势;随着纤维体积掺量的增加,水泥稳定碎石的断裂能、极限裂缝嘴张开位移和极限裂缝尖端张开位移逐渐增大;随水泥掺量的增加,聚丙烯纤维水泥稳定碎石试件的极限荷载逐渐增加,但断裂能却逐渐减小.     

基于损伤理论的混凝土构件裂缝的扩展研究

根据已有的资料和试验参数,分别采用三点弯曲梁和楔入式紧凑拉伸试件,利用有限元方法分析了混凝土裂缝尖端的应力、应变之间关系,以及裂缝口张开位移与试验结果进行对比分析,数据比较吻合,验证了模拟计算的合理性.根据以上结果,计算了带裂缝混凝土构件的损伤场,得到了裂缝发展中缝端的起裂损伤和失稳损伤.     

基于扩展有限元法的混凝土重力坝多裂纹数值模拟

针对含有多个初始裂纹的混凝土重力坝的裂纹扩展问题,在ABAQUS有限元分析软件上,应用扩展有限元法和黏聚裂纹模型来进行数值模拟。分析了多裂纹的扩展路径以及主导裂纹的荷载-裂缝口张开位移。结果表明,混凝土重力坝多裂纹的扩展路径与文献结果几乎相同,主导裂纹的荷载-裂缝口张开位移曲线与文献结果有差异,但差异很小。可见采用扩展有限元法能够精确地模拟混凝土重力坝多裂纹从加载到失稳破坏的全过程,无需重新划分网格,减少了计算量,为解决工程实际问题提供了一种有效的应用途径。     

粉煤灰掺量对混凝土结构断裂性能的影响

为了提高混凝土结构的断裂性能,对粉煤灰掺量0～50%的混凝土进行断裂韧度试验研究.采用楔入劈拉法测得试件的双K断裂参数.通过-裂缝尖端张开位移(P-CTOD)曲线上升段能够捕捉到混凝土的起裂荷载PQ,由PQ和初始裂缝长度a0计算出起裂韧度值KQIC,由最大荷载Pmax和有效裂缝长度口.计算出失稳韧度值KicS.其中,有...