钢纤维混凝土KIC计算公式初探

通过对钢纤维混凝土一组典型试验数据的分析，发现按ASTM建议的公式计算钢纤维混凝土的KIC，所得结果不能真正反映钢纤维混凝土的断裂特性．为此，从理论上分析了考虑缝端前缘断裂过程区的必要性，并应用双K断裂准则导出了钢纤维混凝土KIC的计算公式．     

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.     

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。     

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.     

用于贮存核废料混凝土断裂能的影响因素分析

为确保核废料贮存的长期耐久性,参照国际材料与结构联合会标准(RILEM),分别在常温和受热150℃后,对混杂纤维混凝土和素高强混凝土进行三点弯曲试验.结果表明:1)受热前,纤维混凝土的断裂能为素高强混凝土SP-13的6.3~12.0倍;受热后,为其12.0~16.7倍;2)大尺寸钢纤维A和C对混凝土能量吸收方面的作用优于小尺寸钢纤维B和聚丙烯纤维;钢纤维C(剪切压痕型)对混凝土断裂能的改善效果优于钢纤维A(剪切螺纹型)和钢纤维B(超短超细型);3)综合利用弯曲韧性指标以及断裂能极差、方差对比分析,钢纤维A和C适用于核废料混凝土容器材料.     

剪切盒加载下岩石剪切(Ⅱ型)断裂韧度K_(ⅡC)的测定

采用剪切盒实验获得了岩石的Ⅱ型断裂并测定了岩石的Ⅱ型断裂韧度KⅡC ,通过有限单元法中的位移法推导出剪切盒加载下双切口试样的Ⅱ型应力强度因子KⅡ 的一般计算公式 ,并探讨了KⅡC的尺寸效应和Ⅱ型断裂机理 .实验及数值计算结果表明 :在剪切盒加载下 ,裂纹尖端最大拉应力始终低于岩石的拉伸强度 ,最大剪应力大于其对应压应力下的剪切强度 ,且Ⅱ型最大应力强度因子KⅡmax为Ⅰ型最大应力强度因子KⅠmax的 2～ 4倍 ,从而导致产生Ⅱ型断裂 ;测得的KⅡC值随无量纲切口长度 (2a W)的增加而降低 ,当 2a W≥ 0 .7,且B≥W ,α为 6 5°～ 75°时 ,KⅡC趋近于一个常数 ,该常数为Ⅰ型断裂韧度KⅠC的 2～ 3倍 ,可认为是较合理的岩石Ⅱ型断裂韧度值 ;剪切盒实验是一种测定岩石KⅡC 的行之有效的方法 .     

定向钢纤维混凝土的制备方法以及断裂性能研究进展

对定向钢纤维混凝土（ASFRC）制备方法、纤维分布特性、断裂性能进行了系统阐述。分析总结了制备ASFRC常用方法各自的特点与适用性，概括总结了钢纤维分布特性参数的确定方法，详细论述了不同因素对钢纤维分布产生的影响。参照ASFRC断裂性能的试验方法与技术标准，分析总结了常见的弯曲断裂试验及断裂指标。同时，在钢纤维混凝土断裂性能已有的研究基础上，归纳总结了ASFRC断裂性能的影响因素与断裂模拟现状。最后基于现有成果对ASFRC的可能研究方向进行了展望。     

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.     

合成结构纤维对混凝土力学性能的影响

采用长度分别为4.7,5.6和6.5cm的合成结构纤维,均以5kg·m-3的掺量配制C40混凝土,通过维勃稠度、抗压强度、方板和圆板弯曲韧性、混凝土梁和切口梁弯曲韧性等试验,分析了其对混凝土工作性能和力学性能的作用规律与特征,同时与素混凝土以及同体积掺量(40kg·m-3)的钢纤维混凝土进行对比.结果显示,合成纤维的加入降低了混凝土的流动性、抗压强度和混凝土梁的抗弯强度,其长度越长则降低抗压强度及抗弯强度的程度越高;合成纤维对混凝土方板或圆板的初始断裂强度影响不大,但可明显提高断裂能,其作用高于同体积掺量的钢纤维,并且中等长度(5.6cm)的合成纤维增加混凝土断裂能的作用最大;合成结构纤维混凝土的应力-挠度曲线在其下降过程中呈现一个"平台段",虽然平台高度不及钢纤维混凝土的,但其长度明显更长,这是由合成结构纤维的材质特征决定的.     

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。     

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。     

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.     

层布式钢纤维混凝土梁抗裂性能研究

通过7根层布式钢纤维混凝土(layer steel fiber reinforced concrete,LSFRC)梁的正截面抗弯承载力试验,研究了钢纤维的掺量以及钢纤维混凝土层的布置厚度对LSFRC梁的抗裂性能,挠度以及承载能力的影响。试验结果表明,LSFRC梁的抗裂性能明显优于普通钢筋混凝土梁,而且钢纤维混凝土层的厚度是提高LSFRC梁的抗裂性能的主要因素。基于已有研究和试验数据,对LSFRC梁的抗裂度的计算公式做出简单论述。     

钢筋钢纤维混凝土扁梁的变形研究

通过 10根钢筋钢纤维砼梁的试验 ,探讨了钢筋钢纤维砼扁梁的受力和变形性能 ,及挠度计算 .指出在钢筋砼扁梁中掺入适量的钢纤维后 ,改善了扁梁砼的结构性能 ,提高了梁的整体性及其受弯刚度 ,减小了挠度 .并通过梁的变形实测值与计算值的比较 ,认为现行钢纤维砼规程 (CECS38:92 )变形计算公式用于计算钢筋钢纤维砼扁梁是可行的 .     

基于统一相场理论和内聚力模型的钢纤维混凝土界面过渡区力学性能研究

为探究数值模拟中界面过渡区不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其损伤、破坏过程的影响，基于统一相场理论和内聚力模型，针对含单根钢纤维的混凝土拉伸试验，采用2种方法建立钢纤维混凝土界面过渡区的数值计算模型，对比分析不同建模方式对钢纤维混凝土力学性能及其破坏形态的影响，并考察不同因素对含单根钢纤维的混凝土极限抗拉强度的影响。结果表明，对混凝土基体部分采用相场断裂模型、界面过渡区采用内聚力模型，无论是计算结果还是细观破坏形态，都具有较好的准确性和可靠性；初始裂缝位置取30 mm和35 mm的钢纤维混凝土抗拉强度比取25 mm时分别提高30.8%和75.7%,钢纤维埋置角度为15°,30°和45°时的钢纤维混凝土抗拉强度比0°时分别降低12.2%,30.8%和48.9%,钢纤维增强作用受初始裂缝位置及钢纤维埋置角度影响较大，受钢纤维直径影响相对较小。采用统一相场理论可降低分析的难度、保证较高的计算精度，为研究钢纤维混凝土的损伤、断裂过程提供了理论参考。     

利用水平外力总功研究PVA纤维增强水泥基复合材料韧性

为了研究对比PVA纤维、玻璃纤维、钢纤维水泥基复合材料和高强(钢纤维)混凝土的韧性,采用楔入劈拉法利用荷载与裂缝张口位移曲线(P-WCMOD)下包围的面积值并考虑夹具影响后水平外力做的总功作为评价指标进行对比.实验结果表明:水泥基体发生脆性断裂,从加载到试件破坏P-WCMOD曲线一直呈线性;高强(钢纤维)混凝土和钢纤维、玻璃纤维水泥基复合材料发生半脆性断裂,P-WCMOD曲线在峰值荷载附近有较小的非线性区;而在PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCCs)中观察到韧性断裂,在P-WCMOD曲线中出现明显的假应变硬化现象;脆性和半脆性材料的试件从起裂到破坏,预制缝端部仅出现一条裂缝,且最终沿这条裂缝贯通,对于PVA-FRCCs,预制缝端出现多条细小裂缝,并最终沿着主裂缝贯通.比较几种材料的水平外力总功值可知,PVA-FRCCs韧性最好,钢纤维混凝土次之,钢纤维水泥基复合材料稍差,玻璃纤维水泥基复合材料最差.     

断裂力学在钢筋混凝土设计中的应用

混凝土是非均质材材,内部存在裂缝,所以其断裂破坏过程是复杂的.试验研究表明断裂韧性K_(lc)可以反映有裂缝材材的断裂性能,并在一定程度上决定混凝土构件的断裂过程.笔者试图从这一观点出发,阐明钢筋混凝土构件的断裂和抗裂荷载计算一法.     

钢纤维高强混凝土抗拉强度

通过对10组30个150 mm×150 mm×150 mm高强混凝土及钢纤维高强混凝土试件的试验,分析了钢纤维体积率和混凝土强度等级对钢纤维高强混凝土抗拉强度的影响,提出了钢纤维高强混凝土抗拉强度的回归计算公式.结果表明:钢纤维体积率和混凝土强度等级对钢纤维高强混凝土的抗拉强度均有一定的影响;试验值与回归公式的计算值吻...     

岩石断裂韧度与抗压强度的相关规律

利用Instron 1342型电液伺服材料试验机,采用单轴压缩试验和双扭常位移松弛试验对大理岩、上盘二辉橄榄岩、下盘二辉橄榄岩、矿石、混合岩5组岩石的试件进行力学参数测试,获得相应的抗压强度、Ⅰ型断裂韧度等试验数据.以试验数据为依据,分析这5组岩石的Ⅰ型断裂韧度与抗压强度的关系.研究结果表明:随着抗压强度σ_c的增加,I型断裂韧度K_(Ⅰc)相应增大,且呈很好的线性关系,其关系式为:K_(Ⅰc)=0.026 5σ_c+0.001 4,其相关系数R~2为0.94.基于该关系式,可由易于测试的抗压强度估算Ⅰ型断裂韧度.