混凝土等效断裂韧度的解析方法及其尺寸效应

基于虚拟裂缝模型，提出一种计算混凝土三点弯曲梁等效断裂韧度的解析方法。应用该方法计算了梁的最大荷载和临界等效裂缝长度，进而求得等效断裂韧度。在此基础上，进一步研究了等效断裂韧度和裂缝亚临界扩展量的尺寸效应。结果发现，随梁高的增加，等效断裂韧度与裂缝亚临界扩展量均增加；随初始缝高比的增加，等效断裂韧度与裂缝亚临界扩展量增加至最大值，随后不断降低。该现象从另一角度验证了边界效应理论。     

岩石,混凝土类材料断裂损伤过程区的细观力学研究

提出了一种描述岩石、混凝土类材料断裂损伤过程区的细观力学模型，用于分析材料的非线性断裂的微观模型。模型考虑了岩石，混凝土材料内部随机分布的骨料，胶结质，微裂隙和了孔洞等不均质因素，在数值分析中，采用网格模型模拟计算裂缝尖端微裂缝损伤过程区的扩展过程，研究表明，损伤过程区是由于材料内部细观结构的不均质性而产生的，其形状是分形规律树枝状的微裂纹网络，各裂纹间互相影响抑制，从而对宏观裂缝的扩展起劣化和屏     

混凝土结构疲劳寿命的尺寸效应研究

混凝土结构的强度及其断裂参数存在尺寸效应这一规律,本文在此基础上以弹塑性断裂理论为基础,提出了基于J积分混凝土的疲劳裂纹扩展率工程计算方法,并推导出了D-M模型下的混凝土疲劳寿命工程计算公式,此公式涉及到尺寸对于寿命的影响,并得出了混凝土疲劳寿命的尺寸效应。     

混凝土裂缝的稳定扩展过程与临界裂缝尖端张开位移

本文采用激光散斑照像法并辅以电测法研究观察了2种不同尺寸的混凝土切口梁失稳断裂前微裂缝生成、聚合直到主裂缝发生缓慢的亚临界扩展的全过程以及相应的变形特征和应变场分布。结果表明,混凝土切口梁失稳断裂前存在着明显的主裂缝亚临界扩展过程,其断裂过程区呈不规则的狭长带状形,最大宽度约为最大骨料粒径的1/2。断裂过程区的性状与Dugdale-Barenblatt模型基本相符,因而采用由此衍生发展起来的虚拟裂缝模型和“疵弥”裂缝带方法进行混凝土断裂的数值分析是可行而合理的。实验还表明,在实验范围内临界裂缝尖端张开位移和试件尺寸无关,因而有希望成为判断混凝土失稳断裂的材料参数。     

不同级配混凝土拉压多轴强度的断裂力学分析

采用断裂力学方法分析了混凝土在拉压多轴情况下的破坏准则.通过滑移裂纹模型分析了拉压多轴荷载下混凝土内裂纹的扩展规律,不同拉压荷载比值下裂纹的扩展角度以及裂纹起裂到失稳扩展的过程,认为混凝土内裂纹的失稳扩展即对应于材料的破坏,得到了其破坏准则.分析了混凝土的最大骨料粒径发生断裂破坏时的控制性裂纹长度对拉压破坏准则的影响,在此基础上研究了全级配混凝土的多轴破坏准则.计算结果表明,模型计算结果与已有试验结果吻合良好.     

无限大平板黏聚裂纹模型的数值解

本文采用数值方法分析了混凝土非线性断裂中断裂过程区的力学特性。以无限大板中心拉伸裂缝模型为例,在黏聚裂纹模型的基础上,假设裂纹尖端应力奇异性消失,将过程区黏聚力表达式转化为Fredholm II型积分方程,并通过数值积分方法求解。本文得到了断裂过程区上的位移分布,黏聚力分布,断裂过程区长度与外荷载之间的关系,并得出了最大荷载与初始裂纹长度的关系,并讨论了混凝土断裂的其它特性。     

基于串并联弹簧模型的混凝土黏聚律及裂缝扩展全过程分析

基于串并联弹簧随机损伤模型,结合损伤模型和断裂模型的耗散能等效原理计算得到了混凝土裂缝黏聚律;基于微弹簧断裂应变服从Weibull分布和对数正态分布,研究了不同概率密度函数对裂缝黏聚律的影响,并比较了所获得的黏聚律与采用位移等效方法获得的黏聚律的区别。依据得到的黏聚律模拟了三点弯曲梁裂缝扩展全过程,结果表明:混凝土裂缝黏聚律受微弹簧断裂应变服从的概率密度函数影响;基于串并联弹簧随机损伤模型得到的裂缝黏聚律基本不受串并联弹簧模型层数影响,避免了获取黏聚律时的模型层数敏感性问题。     

混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则及裂缝扩展全过程的数值模拟

本文将起裂断裂韧度作为材料参数,提出了混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则,即当外荷载引起的裂缝尖端应力强度因子与黏聚力引起的裂缝尖端应力强度因子的差值达到起裂断裂韧度时,裂缝开始扩展。在此基础,上采用有限元法对混凝土Ⅰ型裂缝的断裂过程进行了数值模拟,分别计算了不同尺寸混凝土试件的荷载-裂缝口张开位移全曲线、临界裂缝亚临界扩展量、失稳断裂韧度并与应用DIANA软件的数值分析结果及试验结果进行了比较,吻合良好。研究还表明,只要给出混凝土的弹性模量、抗拉强度和起裂断裂韧度,即可用本文提出的方法计算混凝土失稳断裂韧度及裂缝扩展全过程。     

自密实轻骨料混凝土断裂全过程分析

为研究自密实轻骨料混凝土的断裂特性,引入以起裂断裂韧度为参数的裂缝扩展准则,采用数值方法分析了自密实轻骨料混凝土三点弯曲梁裂缝扩展的全过程,得到了不同缝高比的自密实轻骨料混凝土梁在三点荷载下的荷载-裂缝口张开位移曲线,并根据裂缝扩展准则,计算了自密实轻骨料混凝土的断裂过程区长度和裂缝扩展阻力曲线。结果表明:试验和计算的荷载-裂缝口张开位移曲线吻合良好,验证了裂缝扩展准则的正确性;试验断裂过程区长度随着裂缝增长先增大,达到完整断裂过程区长度后减小;自密实轻骨料混凝土的裂缝阻力随着裂缝长度增加而不断增大,初始缝高比对裂缝扩展阻力曲线数值和形状的影响并不明显。     

混凝土K_R阻力曲线的实用解析方法

根据混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则,提出了新的KR阻力曲线及计算新方法。该KR阻力曲线认为,裂缝的扩展阻力由混凝土材料起裂断裂韧度KiniIc和黏聚力提供的阻力组成并等于裂缝扩展的驱动力。采用该方法,只需给出混凝土的起裂断裂韧度KiniIc,弹性模量E,抗拉强度ft和断裂能GF便可计算混凝土的KR阻力曲线,而无需测定试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)全曲线。在此基础上,研究了混凝土三点弯曲梁试件强度等级从C20到C120的KR阻力曲线,计算了强度相同初始缝高比不同以及初始缝高比相同而试件高度不同的混凝土KR阻力曲线,并探讨了各种情况下的断裂过程区长度以及黏聚力分布。研究结果表明:混凝土强度等级提高,KR阻力曲线上升,但其上升幅值逐渐减小,强度等级在C60以后,其上升幅值趋于稳定;混凝土的KR阻力曲线存在一定的尺寸效应,当韧带长度足够大时,KR阻力先增大,而后趋于稳定;混凝土强度等级提高,最大完整断裂过程区长度减小;试件的尺寸对断裂过程区长度也有着较大影响。     

约束圆环试验混凝土裂缝扩展全过程研究

美国国家公路与运输协会（AASHTO）及美国试验材料学会（ASTM）推荐约束圆环试验为评估早期混凝土抗裂性的标准试验方法。为了更好地研究约束圆环试验中混凝土的破坏机理,利用 ANSYS 有限元软件热学分析和结构分析模块,在混凝土上施加虚拟温度场来模拟收缩作用。结合应力分析结果确定混凝土的起裂位置,并引入虚拟裂缝模型,模拟外圆周干燥的圆环试件收缩裂缝在起裂后的扩展过程。通过对比混凝土开裂时间,预测结果和试验结果吻合良好,验证了数值模拟中提出的计算方法的可行性。结果显示,在约束圆环试验中,限制收缩裂缝形成后直接进入失稳扩展阶段,试验中钢环压应变的突然滞回反映了混凝土限制收缩条件下的失稳扩展。     

光弹贴片法研究混凝土裂缝扩展过程及双K断裂参数的尺寸效应

本文采用最大尺寸为1200mm×1200mm×200mm的楔入劈拉试件，利用光弹贴片法对混凝土预制缝的起裂、稳定扩展直至失稳破坏全过程进行了系统的研究。采用照相机及数码摄像机拍摄了光弹贴片所显示的裂缝扩展全过程，获得了各级荷载下各试件裂缝的亚临界扩展量。在此基础上，根据试验测得的起裂荷载Pini及最大荷载Pmax计算了混凝土起裂断裂韧度KICini及失稳断裂韧度KICun。结果表明，混凝土KICini与试件高度无关，而当试件高度大于600mm时，所测得的KICun也与试件高度无关，这说明混凝土双K断裂参数(KICini及KICun)可以作为混凝土的材料参数。     

静水条件下超疏水性对混凝土 I 型裂缝扩展的影响

高水压力随水流浸入作用于结构缺陷或裂缝缝面导致结构开裂或裂缝扩展的工程问题在国内外多座高坝中均有发生。超疏水混凝土表面对水分具有较强的排斥作用，水流浸入裂缝的范围小于普通混凝土，对于上述工程问题应具有抑制作用。为此，将裂缝受力扩展考虑为 Boussinesq 问题，并借鉴 Westergaard 应力函数，推导了集中荷载下的缝面位移函数和均布荷载下的缝面位移和裂缝延长线应力函数。根据应变能释放率理论，建立了水流入浸导致裂缝扩展的计算模型与迭代步骤，可以进行不同疏水性材料裂缝扩展的定量分析。算例分析表明，相对普通混凝土，超疏水混凝土对高水压下的裂缝扩展具有较好的抑制作用，而且超疏水混凝土裂缝尖端具有更好的应力状态。     

截面高度对钢筋混凝土梁裂缝分布影响的试验研究

为建立混凝土结构裂缝验算的统一公式,通过试验研究了截面高度对钢筋混凝土简支梁裂缝分布形态、裂缝间距和裂缝宽度的影响规律。根据裂缝的产生机理、延伸发展特征和宽度变化规律提出了分型统计的原则,进行各类型裂缝数量、平均裂缝间距、平均裂缝宽度及最大裂缝宽度分布规律的分型统计分析。明确了结构设计中裂缝宽度验算对应的裂缝形态特征的物理意义,即该裂缝为在后续各级荷载作用下,因开裂截面钢筋拉应力和混凝土受拉区高度的持续增大而得以持续延伸到中和轴附近的主裂缝。提出了以纵向受拉钢筋直径为变量的有效受拉截面高度的计算方法,提出了考虑截面高度与有效配筋指数耦合影响的平均裂缝间距计算模式。     

单裂缝混凝土结构水力劈裂试验

针对不同强度单裂缝混凝土试件开展了两组应力状态下的水力劈裂试验,研究了应力状态、荷载施加方式对试件裂缝扩展过程的影响,分析了裂缝扩展路径上缝内水压演化规律,拟合得到了混凝土试件临界劈裂水压预测模型的定量关系式。试验结果表明,两组不同应力状态下的试件均发生水力劈裂破坏;临界劈裂水压值与轴压的差值均小于试件的劈拉强度值;试件水压尖端的发展滞后于干裂缝的发展。     

混凝土坝裂缝灌浆关键技术问题探讨

混凝土坝施工期或运行期常出现不同程度的裂缝,灌浆作为修补混凝土裂缝的一项主要技术,能显著提高坝体整体性和承载力。结合国内外混凝土坝裂缝灌浆修补的工程实例,对灌浆技术的应用进行阐述,并对其中几个关键技术问题：灌浆时机的选择、灌浆压力的合理取值及灌浆效果评价方法等进行了探讨。     

水工全级配与湿筛混凝土强度关系的研究

在分析总结现有试验结果和已有混凝土尺寸效应模型的基础上,认为影响全级配和湿筛混凝土强度的主要因素是控制性裂纹的长度,并从脆性材料细观破坏机理出发,分析了混凝土在轴拉、劈拉和轴压荷载下的破坏模式,得到了不同形式荷载下的混凝土内控制性裂纹长度,研究了最大骨料粒径对混凝土强度的影响规律。研究表明,随着最大骨料粒径的增加,混凝...     

基于随机损伤与断裂耗散能等效的混凝土裂缝扩展分析

本文基于损伤耗散能与断裂耗散能等效原理,并假设极限应变服从对数正态分布,建立了混凝土的微弹簧随机损伤模型,进一步给出了混凝土裂缝黏聚律的求解方法。依据所提方法,分别获得了骨料最大粒径dmax依次为80 mm和40 mm的大坝混凝土和湿筛混凝土的黏聚律的具体表达式。基于求解出的黏聚律,分别模拟了大坝和湿筛混凝土的带切口三点弯曲梁裂缝扩展全过程,并将计算得到的荷载-裂缝口张开位移的曲线与试验曲线进行了比较,两者吻合良好,从而验证了模型与求解方法的合理性与有效性。进一步采用建立的模型与方法分析了大坝混凝土和湿筛混凝土材料特征高度的合理取值范围,结果表明:对于本文计算所用的大坝混凝土和湿筛混凝土试件,其材料特征高度值可取6~10倍骨料最大粒径dmax。     

围压荷载下混凝土静动力强度的细观力学模型

本文从混凝土细观机理出发，采用翼型裂纹模型分析了围压荷载下混凝土内微裂纹扩展、弯折和相互作用直至材料破坏的过程。采用伪面力法计算了考虑相互作用的弯折扩展裂纹应力强度因子，并通过一些简化得到了显式的表达式。在假定混凝土的断裂韧度不随加载速率变化的前提下，分析和计算了不同围压荷载下的混凝土静动力强度，并与试验结果进行比较。结果表明，本文提出的模型能较好地反映围压荷载下混凝土的静动力特性和破坏机理。