早龄期混凝土三点弯曲试验梁断裂的数值分析

应用大型通用有限元软件ABAQUS,对于强度为C30、龄期为1、2、7、28 d的混凝土三点弯曲梁断裂试验分别进行了数值模拟. 有限元计算采用裂缝带模型理论,利用三点弯曲相关试验参数由曲线拟合所得到的双线性拉伸软化曲线,用模拟出的荷载 裂缝开口张开位移曲线（P δm）与试验曲线做了对比,同时将不同龄期的P-δm曲线、荷载 位移曲线（P-Δ）进行了比较,证实了试验结果与数值模拟结果的正确性. 应用线弹性断裂力学方法,结合数值模拟结果,求解出临界裂纹尖端张开位移、临界应力强度因子这两个重要参数,并与双参数模型试验结果进行了对比,得到了满意的结果.     

SBR乳液改性水泥砂浆断裂性能

通过对带有切口的砂浆试样进行三点弯曲试验测试,得到了掺量为0-18%的SBR(styrene-butadiene rubber,简称SBR)乳液改性水泥砂浆荷载-变形曲线及相应裂缝嘴张开位移(CMOD),并通过理论计算得到了不同掺量下改性水泥砂浆的有效裂纹长度(αeff)、临界应力强度因子(KSIC)及裂纹尖端张开位移(CTOD)等断裂特征参数.结果表明:SBR乳液改性水泥砂浆的临界荷载、相应变形及裂缝嘴张开位移随着乳液掺量的增加而增大,临界荷载随乳液掺量的增加仅增加13.4%,而变形及裂缝嘴张开位移则分虽增加了68.4%和64.5%;裂缝嘴张开位移、有效裂纹扩展长度、临界应力强度因子及裂纹尖端张开位移等则随着乳液掺量的增加呈指数增加;采用裂纹尖端张开位移较裂缝嘴张开位移更能体现出SBR乳液对砂浆作用效果的差异性.     

纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的实验确定方法

本文提出了用带切口梁的三点弯曲试验确定纤维增强混凝土拉伸软化本构方程的方法。通过切口梁三点弯曲试验获得的载荷－加载点位移曲线可间接得到纤维增强混凝土在拉伸过程中断裂过程区的能量损耗和拉伸分离位移之间的定量关系，由此即可通过数值方法拟合出其拉伸软化本构方程。     

HRB500级纵筋钢纤维RPC梁受剪抗裂性能试验

为了研究HRB500级纵筋钢纤维活性粉末混凝土梁的受剪抗裂性能,对4根不同钢纤维体积率的RPC简支梁进行试验研究,并将试验数据与断裂力学裂纹张开位移(COD)公式计算结果进行比对分析。研究结果表明:钢纤维能够较好地阻碍无腹筋RPC梁受剪斜裂缝的开展,其开裂荷载和极限荷载随钢纤维掺量增加而提高;最大斜裂缝宽度随钢纤维掺量的增加而减小,但钢纤维掺量超过2%以后这种影响不再明显;运用裂纹张开位移公式计算HRB500级纵筋钢纤维RPC梁的受剪初始裂纹具有较好的可信度。     

钢纤维高强钢筋混凝土梁剪切韧性试验研究

通过6根钢纤维高强钢筋高强混凝土梁及2根对比梁的斜截面受剪试验,研究钢纤维掺量和混凝土强度对高强钢筋混凝土梁剪切性能的影响。结合弯曲韧度指数确定方法和梁受剪破坏特点,以梁受剪试验荷载挠度曲线为基础,提出改进多特征点法计算剪切韧性指标,定量分析钢纤维掺量及混凝土强度对剪切韧性的影响。结果表明,改进多特征点法能够客观、全面地表达梁的剪切韧性。     

钢纤维超高强混凝土的力学性能试验

为了配制出强度高、韧性好、抗冲击性能良好的超高强混凝土,对钢纤维掺入体积率(Vf)为0~3%、基体强度为110 MPa以上的钢纤维超高强混凝土(SFRVHSC)进行立方体抗压、轴向抗压、劈裂抗拉、抗折强度和弹性模量等性能的测试,并对钢纤维超高强混凝土弯曲韧性进行了试验研究.结果表明,SFRVHSC抗压强度随Vf(0~3%)的增加有一定的增长,弹性模量随着材料抗压强度的提高略有增加;钢纤维对SFRVHSC的劈裂抗拉、抗折强度有显著的增强作用.SFRVHSC表现出优异的韧性,弯曲韧性指数I5、I10、I20分别达基体混凝土的4.71~5.15、9.47~11.23、19.02~24.06倍.SFRVHSC梁的荷载-位移曲线与坐标轴包含的面积也明显增加.     

碾压混凝土断裂的数值仿真分析

本文提出了一种计算模拟混凝土构件荷栽──位移全过程曲线的方法──刚度荷载法，并采用基于钝裂带模型（ＢＣＢＭ）的混凝土材料全量型本构关系和三线型应变软化为线，编制了相应的计算分析程序，对碾压混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉、碾压混凝土拱坝诱导缝典型结构等构件进行了计算分析，得到了结构”的荷载一位移全过程曲线、碾压混凝土材料拉伸软化曲线参数等一些有意义的数据和结果。计算结果与试验结果及用虚拟裂纹模型计算的结果吻合较好。     

混凝土破坏的断裂与损伤耦合分析

目的 应用断裂力学与损伤力学耦合分析方法分析混凝土破坏的问题．方法 以三点弯曲混凝土梁为例，应用断裂力学与损伤力学耦合分析方法从理论上确定初始损伤区与断裂区，然后用损伤力学的方法、数值模拟混凝土梁的破坏过程．结果 确定了三点弯曲混凝土梁的损伤区和断裂区尺寸，应用西多霍夫损伤模型和断裂力学的耦合分析方法数值模拟了混凝土三点弯曲梁的破坏过程，发现裂纹是带着损伤区向前扩展的．结论 笔者提出的方法是合理的便于工程应用的模拟混凝土裂纹扩展过程的方法。     

钢纤维高强混凝土断裂性能的试验研究

通过18个尺寸为200mm×170 mm×100mm的钢纤维高强混凝土和素高强混凝土楔劈试件拉伸试验,研究了钢纤维类型、体积率对高强混凝土断裂韧度(KIC)、断裂能(GF)、临界裂缝嘴张开位移(CM0DC)和裂缝尖端张开位移(CTODC)的影响.试验结果表明,钢纤维体积率对高强混凝土的断裂性能有显著影响;与铣削型和剪切波纹型相比,切断弓型钢纤维对钢纤维高强混凝土断裂性能的提高更为显著,断裂韧度增益比分别提高了19.9%,25.2%,断裂能增益比分别提高了355.4%,148.0%,临界裂缝嘴张开位移增益比分别提高了163.3%,148.4%,临界裂缝尖端张开位移增益比分别提高了225.9%,935.8%.     

碳纤维布加固高强混凝土梁的有限元分析

目的研究有限元分析法在碳纤维布加固高强混凝土梁中的应用,通过与试验结果比较来验证有限元分析的可行性．方法采用ANSYS有限元分析软件,对碳纤维布加固高强混凝土梁的受力性能进行数值模拟,探讨了单元的选取、本构关系的设定、网格的划分以及模型的建立等,通过后处理得到荷载一位移曲线、荷载一应变曲线以及裂缝的开展情况．结果通过与试验结果的对比得知,二者的荷载一位移曲线、荷载一应变曲线趋势一致,极限荷载的误差也在允许范围内,裂缝开展情况与真实情况相符．结论建立的有限元模型可以较好地模拟碳纤维布加固高强混凝土梁的受力性能,有限元分析可以作为一个有效的手段来分析高强混凝土粱的抗弯加固性能．     

大掺量粉煤灰超高性能钢纤维混凝土的静动态力学行为

研究了4种不同钢纤维掺量(体积掺量分别为0%,1.0%,1.5%,2.0%)的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的单轴压缩强度、弹性模量、单轴抗拉强度、弯曲韧性、断裂韧性、断裂能等静态力学行为,以及高速冲击、压缩作用下的应力波传播规律、应力–应变曲线和破坏特征等动态力学行为.结果表明:掺加钢纤维的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的轴心抗压强度、弹性模量和抗拉强度略有增大,韧性指数、残余强度、断裂韧度和断裂能成倍提高;未能增加冲击、压缩作用下的应变率效应程度,但却增大动态应力–应变曲线下的面积,提高试件破坏的应变率阈值,使混凝土存在裂而不散的破坏现象.     

添加不同纤维的高性能混凝土力学性能试验

通过试验研究了弹性模量具有明显差异的3种纤维对于混凝土的力学性能改善所起的作用,以及钢纤维、碳纤维和聚丙烯纤维单掺或复掺对于混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响。结果表明：添加0．5％高弹性模量的钢纤维对于混凝土的强度和弹性模量均有提高作用,复掺0．3％钢纤维和0．2％碳纤维的混凝土抗拉强度的提高大于抗压强度;添加0．5％钢纤维的混凝土HPC-2的弹性模量最大,比基准混凝土提高6．5％;添加0．2％聚丙烯纤维的混凝土HPC-3的弹性模量最小,且小于基准混凝土;此外,混凝土抗压强度的影响程度与纤维的弹性模量的关系更为直接,混凝土劈裂抗拉强度的改善与纤维的抗拉强度的关系更为直接,纤维的弹性模量与基体弹性模量的比值,对复合材料的弹性模量有直接的影响。     

Residual Tensile Strength of Plain Concrete Under Tensile Fatigue Loading

The functional relation between the residual tensile strength of plain concrete and number of cycles was determined. 99 tappered prism specimens of plain concrete were tested under uniaxial tensile fatigue loading. Based on the probability distribution of the residual tensile strength, the empirical expressions of the residual tensile strength corresponding to the number of cycles were obtained. The residual tensile strength attenuating curves can be used to predict the residual fatigue life of the specimen under variable-amplitude fatigue loading. There is a good correlation between residual tensile strength and residual secant elastic modulus. The relationship between the residual secant elastic modulus and number of cycles was also established.     

超轻质水泥基复合材料基本力学性能

为探究超轻质水泥基复合材料(ultra lightweight cement composite,ULCC)的基本力学性能及应力-应变曲线本构关系.以粉煤灰空心微珠为唯一轻质微集料,以水泥和硅灰为胶凝材料,以高效减水剂和减缩剂为外加剂,配制了钢纤维体积掺量为1%,表观密度介于1 250~1 550 kg/m3,轴心抗压强度介于47.9~70.0 MPa的4种不同密度等级的ULCC.对其分别进行单轴抗压和单轴抗拉试验,分别研究了ULCC的轴心抗压和轴心抗拉力学性能,测得了ULCC材料轴心抗压强度、轴心抗拉强度、弹性模量、泊松比及单轴抗压和单轴抗拉应力-应变曲线.结果表明:ULCC的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均随密度的增加而增加; ULCC的轴心抗压强度和弹性模量与密度呈较强线性相关性.轴心抗拉试验结果表明ULCC抗拉应力-应变曲线关系呈现明显的峰后平台段,ULCC材料具有良好的拉伸变形能力.根据试验测得的ULCC单轴抗压和单轴抗拉应力-应变全曲线,建立了ULCC单轴抗压和单轴抗拉的分段式应力-应变本构方程.研究成果可为ULCC结构的设计和非线性有限元计算提供理论依据.     

Charactersitics of Stress-strain Curve of High Strength Steel Fiber Reinforced Concrete under Uniaxial Tension

A whole of 110 specimens divided into 22 groups were tested with varying the volume fraction of steel fibers and the matrix strength of these specimens. The stress-strain behaviors of four types of steel fiber reinforced concrete （SFRC） under uniaxial tension were studied experimentally. When the matrix strength and the fiber content increase, the tensile stress and tensile strain vary differently according to the fiber type. The mechanisms of reinforcing effect for different types of fiber were analyzed and the stress-strain curves of the specimens were plotted. Some experimental factors for stress or strain of SFRC were given. A tensile toughness modulus Re0.5 was introduced to evaluate the toughness characters of SFRC under uniaxial tension. Moreover, the formula of the tensile stress-strain curve of SFRC was regressed. The theoretical curve and the experimental ones fit well, which can be used for references in construction.     

双轴向纬编结构玻纤聚丙烯层合板拉伸性能研究

采用以玻璃纤维纬平针为地组织、经纬向衬入玻纤/聚丙烯复合纱的双轴向纬编结构预型件,利用热压方法制备了5种不同铺层的复合材料层合板,即[0]4,[0/90]2,[-45/45]2,[0/-45/45/90]和[90]4,实验研究了层合板的拉伸性能,分析了拉伸方向衬纱的纤维体积含量对层合板轴向拉伸的初始模量和断裂强度的影响关系,并对材料的断裂形式进行了分析。实验表明,材料的轴向拉伸和非轴向拉伸的力学性能有较大差异,材料轴向拉伸的初始模量和断裂强度与纤维体积含量成正比,衬纱的引入提高了针织结构复合材料的力学性能。     

锈蚀冷弯薄壁型钢板材力学性能退化规律

为了研究锈蚀对冷弯薄壁型钢和热轧钢材料力学性能的不同影响,通过对工业环境下服役多年的冷弯薄壁C型钢进行拉伸试验,借助3Dscan手持式激光扫描仪得到腐蚀钢板表面形貌,探讨了锈蚀程度对其材料力学性能的影响。将试验结果与锈蚀热轧钢进行对比分析,比较了锈蚀对两种钢材表面形貌、断口形式、应力-应变曲线、力学性能指标的不同影响。研究结果表明:锈蚀冷弯薄壁型钢三维粗糙度参数S_a、S_q随锈蚀率的增大而呈现逐渐增大趋势,且增长速率高于热轧钢;锈蚀冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度和极限应变均随着锈蚀率的增大呈线性下降,但伸长率随锈蚀率的增大呈二次曲线下降;同等锈损深度下,冷弯薄壁型钢的弹性模量、屈服强度、极限强度、极限应变和伸长率的下降速率均大于热轧钢,证明了锈蚀对冷弯薄壁型钢力学性能的影响高于热轧钢。     

早龄期混凝土力学性能试验及其单轴本构模型

为了研究早龄期混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量以及单轴受压应力应变曲线的规律,进行了系统的加载试验和试验数据分析.总结了早龄期阶段力学指标随龄期的变化规律以及与立方体抗压强度之间的换算关系,通过拟合相关参数,提出了分段式的受压应力应变全曲线拟合公式,拟合结果与试验数据吻合较好.试验结果表明,早龄期C40混凝土的强度和弹性模量随着龄期非线性增长,7 d是增长变化的分界时点;随着龄期的增长,峰值应变减少,脆性变大;早龄期C40混凝土的单轴受压应力应变曲线与充分养护龄期混凝土形状相似.     

考虑近海环境劣化作用的钢框架节点抗震性能试验研究

采用室内加速锈蚀试验模拟近海大气环境对钢框架材性试件与节点试件力学性能的劣化作用.得到节点试件梁柱翼缘与腹板钢材锈蚀率随近海环境作用时间的相关关系,对材性试件进行拉伸破坏试验,统计回归得到屈服强度、极限强度、伸长率与弹性模量4个钢材材性性能指标随锈蚀率的衰变关系.对4个不同锈蚀程度的钢框架节点试件进行变幅加载试验,考察其破坏形态与特征,分析锈蚀对构件滞回性能、骨架曲线与刚度的影响,得到节点构件耗能能力、累积塑性变形能力、刚度等性能指标随锈蚀率的衰变规律.结果表明：近海大气环境作用使得钢框架节点构件产生初始损伤,致使节点构件梁端在位移低周加载下越早发生断裂,延性降低.