特高拱坝真实断裂参数研究的必要性与可行途径

本文以溪洛渡特高拱坝为例,阐述现场浇筑全级配水工混凝土,进而确定特高拱坝真实断裂参数的方法与流程。分析特高拱坝混凝土真实断裂参数研究的必要性与可行性;建议现场浇筑成型试件与试验研究的有效途径。基于所提方法,在溪洛渡特高拱坝的施工现场浇筑成型楔入劈拉试件,并进行断裂性能的相关测试。本文研究结果表明:采用在施工现场浇筑成型全级配水工混凝土试件,并进行断裂试验,可更为准确地确定特高拱坝的真实断裂参数。     

碾压混凝土拱坝诱导缝损伤开裂准则研究

混凝土宏观裂缝失稳扩展前 ,裂缝前缘存在较大范围的损伤区 ,使得线弹性断裂判据失效。本文采用虚拟裂缝模型和连续损伤力学方法 ,计算了断裂过程区的长度和损伤度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点 ,分别将诱导缝简化为穿透形裂缝和椭圆形裂缝 ,应用双K断裂准则 ,计算了诱导缝起始扩展和失稳扩展时的等效损伤度和等效应变 ,建立了碾压混凝土拱坝诱导缝的损伤开裂准则     

混杂纤维高强混凝土断裂性能

本文通过30个尺寸为200mm×170mm×100mm的混杂纤维高强混凝土试件的楔劈拉伸试验.探讨钢纤维与聚丙烯纤维混杂效应及其对高强混凝土断裂韧度、断裂能和临界裂缝张开位移的影响.试验结果表明:加入纤维改善了高强混凝土的断裂性能.随着钢纤维体积分数(pf)的增加,断裂参数增益比呈线性增加.聚丙烯纤维在小开裂位移条件下.对高强混凝土的开裂有约束作用,该效应随着位移的增加逐渐消失,钢纤维在混杂纤维高强混凝土断裂性能的改善方面起着主导作用.pf=1.5%、聚丙烯纤维掺量Vf=0.6kg/m3为本次试验配合比条件下的最佳纤维掺量组合.本文在试验的基础上,建立了混杂纤维高强混凝土断裂韧度、断裂能和临界裂缝嘴张开位移的计算公式.     

混凝土动力塑性损伤分析中的单元尺寸效应探讨

本文讨论了混凝土非线性分析中的单元尺寸效应,并基于断裂能和钝裂缝带模型提出把开裂应变作为开裂位移与积分点单元特征长度的函数,应用于塑性损伤模型中,保证了断裂能的唯一性,有效地消除混凝土塑性损伤分析中的单元尺寸效应。利用本文开发的有限元程序对混凝土单轴受拉和koyna重力坝地震损伤分析的实例计算表明,本文提出的方法是有效可行的。     

低热水泥全级配混凝土真实强度确定方法

真实的全级配混凝土强度参数是准确分析大坝结构工作性态的基础条件。本文提出了一种低热水泥全级配混凝土真实强度的确定方法。该方法首先采用成熟度法对现场浇筑、天然养护条件下大坝混凝土的强度试验结果展开分析,确定全级配和湿筛混凝土强度的换算关系;进而通过环境箱恒温养护条件下混凝土的强度试验获得湿筛混凝土强度的预测公式;最后结合已确定的强度换算关系,建立全级配混凝土真实强度的预测公式。该预测公式的验证与应用结果表明：预测公式可满足实际大坝工程使用需求,且可为大坝结构分析提供相较于传统方法更为真实的低热水泥全级配混凝土强度参数。     

预测混凝土断裂参数的最佳拟合成熟度法北大核心CSCD

为了准确预测变温环境下混凝土的断裂参数,分析了混凝土各断裂参数所对应的活化能随龄期的变化规律,提出了预测混凝土断裂参数的最佳拟合成熟度法,验证了所提方法的合理性,讨论了断裂参数预测精度对活化能和基准温度的敏感性。研究结果表明:不同断裂参数对应的活化能不相等、给定断裂参数在不同发展阶段的活化能不相等、由不同温度范围所确定的活化能也不相等;应用最佳拟合法确定的活化能(或基准温度)能够准确地预测混凝土各断裂参数;最佳拟合活化能(或基准温度)随温度范围和断裂参数的变化而变化,没有唯一或固定的最佳活化能(或基准温度)可用于预测不同温度下混凝土的断裂属性。     

锥形钢筋混凝土电杆的抗裂度计算方法的研究

锥形钢筋混凝土电杆的混凝土抗拉强度由根部到梢部逐渐变小,当梢部作用有集中荷载时,其抗裂度计算相对复杂。文章结合试验成果提出了中长度锥形钢筋混凝土电杆的计算模型,并借助MATLAB编程确定了与计算模型对应的开裂位置,最终建立了计算开裂荷载的公式。     

混凝土断裂试验中的声发射特性研究

声发射技术作为一种现代无损检测技术,能简便快捷地判别混凝土在受力状态下内部缺陷的产生与发展,是混凝土材料断裂力学研究的重要分析手段和有效的评价途径。文章首先阐述了声发射技术在混凝土检测领域的国内外研究与应用现状,特别是在大坝混凝土领域的研究进展。课题组通过改进现有试验装置和更新改造测量设备,将声发射检测系统引入混凝土双K断裂参数试验中,新装置不仅能够精确控制试验中的加载速率,而且可以实时监测试件的起裂状态,能够准确判断试件的开裂和失稳破坏的时刻和特征。文章根据混凝土断裂临界状态的声发射识别特征,建立了混凝土断裂的声发射判据。试验结果表明,利用声发射特征参量可以准确判断试件的起裂时刻,与传统的应变法测量的起裂时刻吻合的较好,并且这种判据更加直观,便于现场操作,从而为声发射技术在混凝土断裂参数的测试中应用提供了理论与技术支撑。     

基于现场实验的墩墙混凝土真实温度应力性态及开裂机理分析

本文依托某一水闸工程现场观测的温度和气候资料,采用优化遗传算法并结合精确的水管冷却迭代算法对混凝土的特性参数进行了反演分析。结果表明,反演所获取混凝土特性参数能较好体现工程实际情况。在此基础上,实现了墩墙混凝土温度真实应力性态的仿真计算,深入剖析了导致闸墩结构出现“枣核形”裂缝的主要影响因素及其开裂机理,提出了相应的温控防裂措施,为确保本工程后继施工不出现裂缝提供了重要的保证。     

基于碳纤维混凝土(CFRC)机敏性的三点弯曲梁断裂参数试验研究

针对纤维混凝土软化过程无固定模型和Ⅰ型断裂研究较少的现状,本文利用碳纤维混凝土的机敏性捕捉到了三点弯曲梁试件的起裂荷载。引入双K断裂准则计算了碳纤维混凝土的起裂韧度KUC^ini和失稳韧度KIC^un,认为利用双K断裂准则可以更有效地解释纤维对混凝土的增韧作用。通过对电阻变化率与荷载、挠度和裂缝口张开位移（CMOD）关系的分析,认为碳纤维混凝土机敏性可以较好地应用到三点弯曲梁Ⅰ型断裂的研究中,电阻变化率与荷载、跨中挠度和裂缝口张开位移（CMOD）的关系能较好地符合洛仑兹曲线的关系,该关系可以反映试件在峰值荷载前的弹性变形阶段、裂缝稳定开裂阶段和裂缝失稳开裂阶段。     

用断裂力学法研究混凝土表面温度裂缝问题

本文通过算例 ,应用有限元方法计算在温降荷载作用下混凝土的应力分布 ,并应用断裂力学方法研究由此引起的表面裂缝问题。结果表明 ,以往仅从混凝土温度应力和强度的对比来判断混凝土是否开裂以及裂纹是否稳定是不够的     

受锈蚀影响的混凝土结构适用性和安全性评估

本文将理论分析与实验结果相结合，提出受锈蚀影响的混凝土结构适用性和安全性的评估方法；引入弥散裂缝的概念并考虑混凝土的软化特性，建立混凝土保护层断裂分析模型；通过求解相应的微分方程，导出混凝土保护层表面裂缝宽度的解析解；基于实验结果，给出混凝土结构刚度和强度演化的经验公式，并讨论混凝土结构刚度和强度极限值的确定；应用概率理论，提出混凝土结构裂缝宽度、刚度和强度评估的可靠度方法；最后，给出一些数值结果并讨论影响预测结果的一些因素。     

温变效应对大体积混凝土结构的损伤开裂分析

根据大体积混凝土受载损伤开裂特性，本文提出了考虑外部温度变化效应的三维损伤开裂非线性有限元分析方法，给出按非线性有限元分析的混凝土裂缝宽度和限裂配筋的估算公式。并采用自行编制的三维有限元程序。     

水工混凝土裂缝像素级形态分割与特征量化方法

混凝土开裂问题在水工建筑物主体结构中普遍存在,裂缝检测一直是水工混凝土结构安全鉴定的重要内容。数字图像处理技术因具有效率高、成本低等优势而被广泛应用于结构表面裂缝检测中,形态分割与特征量化是其核心任务。针对传统图像处理人工干预较多、泛化能力较弱等不足,本文提出了一种基于深度卷积神经网络的水工混凝土裂缝像素级形态分割与特征量化方法。该方法以U-net语义分割模型架构为基础,融合迁移学习技术,采用VGG16预训练网络强化编码器,提取多尺度高级语义信息,并通过改进交叉熵损失函数缓解样本类别不均衡问题,从而实现裂缝形态的精准分割。随后根据二值化分割掩膜,集成计算机视觉技术,给出了一整套定量计算裂缝面积、长度和宽度等几何特征参数的算法。以自制水工混凝土裂缝图像数据集为案例,通过仿真对比实验对所提方法的有效性和优越性进行了验证评估。结果表明,所设计深层网络的裂缝分割效果明显优于经典图像分割方法,且裂缝特征参数计算结果满足检测精度要求,以期为水工混凝土结构质量控制提供新的技术手段。     

河床式水电站混凝土蜗壳抗裂和限裂研究

结合某河床式水电站工程实际,对混凝土蜗壳结构进行了三维非线性有限元分析,探讨了钢纤维混凝土、环氧砂浆等材料在蜗壳抗裂和限裂方面的作用。研究表明:混凝土蜗壳虽承受水头不高,但孔口尺寸较大,在蜗壳顶板、底板与边墙相交处、机墩等部位易发生开裂;对规模较大的混凝土蜗壳,采用高强混凝土或钢纤维混凝土可减轻混凝土损伤,但抗裂效果并不显著,且带来水化热较大、施工工艺复杂等问题,可根据实际情况选择强度较低的混凝土,限制结构裂缝宽度在允许范围内,并做好防渗措施;在蜗壳混凝土内表面设钢衬或环氧砂浆涂层均是有效的防渗措施,亦可承担部分荷载,有助于控制裂缝宽度,但环氧砂浆存在老化、脱落等问题,耐久性低于钢衬。     

用临界距离法预测混凝土Ⅰ型裂缝的FPZ及断裂韧度

为了研究混凝土的断裂性能,本文采用临界距离理论（TCD）线法,推导得到了广义临界距离、名义断裂韧度及混凝土抗拉强度之间的函数关系,并在此基础上分析混凝土的断裂问题。结果表明：TCD线法能够获得比双K断裂准则略微保守的断裂韧度,同时可以得到相应断裂过程区长度的估算值。将线法应用于几何相似的混凝土梁的断裂韧性和断裂过程区分析,并与由双K断裂准则得到的失稳断裂韧度进行比较,计算结果验证了线法的可行性。     

基于线性回归的大坝混凝土起裂韧度确定方法

基于线性回归理论,研究了混凝土起裂韧度的简化确定方法,该方法利用混凝土断裂试验中的裂缝开裂前荷载-裂缝口张开位移(P–Δ)曲线呈线性的特点,结合线性相关系数陡降法获得起裂荷载,进而求得起裂韧度。利用现有最大骨料粒径分别为150 mm的大坝混凝土楔入劈拉试验以及80 mm和40 mm的三点弯曲梁试验对本文方法进行了验证。本方法避开了传统需要粘贴应变片测量起裂荷载的方法,可以较准确地得到混凝土起裂韧度。相比于其他计算方法,操作简便,受人为因素影响小,无须进行复杂的运算。另外,采用本文方法研究了起裂韧度的尺寸效应,结果表明,试件尺寸对起裂韧度的影响较小。     

配置碳纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的裂缝试验研究

为了解决水工结构中大保护层钢筋混凝土构件裂缝宽度较大、耐久性差的问题,提出了在保护层中配置纤维格栅,以降低裂缝宽度和改善其裂缝性能。共制作了12根大保护层钢筋混凝土梁进行四点弯曲试验,其中3根梁未配置碳纤维格栅、另外9根梁配有碳纤维格栅。试验研究了保护层厚度、纤维格栅尺寸、纤维格栅层数等参数对梁开裂过程中裂缝数量、裂缝间距和裂缝宽度的影响,然后在现有规范关于裂缝宽度计算理论的基础上,推导出配置纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的裂缝宽度计算公式。试验结果表明,配置纤维格栅对限制大保护层钢筋混凝土梁的裂缝扩展具有良好效果,且随着纤维格栅网格尺寸的减小、层数的增加,梁的开裂荷载提高,且最大裂缝宽度和平均裂缝间距显著降低。提出的配置纤维格栅的大保护层钢筋混凝土梁的最大裂缝宽度验算公式的计算值与试验值吻合较好,为纤维格栅的应用提供设计依据。     

配筋方式对堆石坝面板裂缝扩展的影响

本文根据断裂力学理论和虚拟裂缝模型，结合钢筋与混凝土的粘结模型，详细分析配筋方式对堆石坝面板表面裂缝扩展的作用，对工程中普遍采用的面板中部单层配筋方式提出质疑，认为只有将配筋设置在面板上部，才能很好地控制面板表面裂缝的扩展，充分发挥材料各自的力学特征。首先从混凝土结构学的角度，对以上观点进行论证，并以三点弯曲切口梁为例，详细分析无配筋、单层配筋和双层配筋这三种情况下，极限荷载与裂缝扩展长度的关系。通过对比认为，配筋能有效抑制裂缝的扩展，而在配筋率相同的情况下，将单层配筋置于面板上部比双层配筋更能控制裂缝的扩展，论证了将配筋置于堆石坝面板中部这一做法的不合理性，从而使得面板配筋设计更加科学合理。