基于虚拟裂缝模型的混凝土双K断裂参数

本文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700×700×200mm的楔入劈拉混凝土试件的起裂断裂韧度,失稳断裂韧度及临界裂缝尖端张开位移CTODc，并与试验结果进行了比较。研究结果表明，当试件高度h＞400mm时，、，CTODc是一个与试件高度无关的断裂参数     

相对切口深度对混凝土断裂性能影响试验研究

以双K断裂模型为理论基础,采用混凝土标准三点弯曲梁试件,通过试验测得相对切口深度a0/h为0~0.6的5组试件的起裂荷载P_(ini)、断裂荷载P_(max)及临界裂缝口张开位移CMOD,计算得到起裂韧度K_(Ic)~(ini)、K_(Ic)~(un)断裂韧度,并使用立体显微镜对破坏后的混凝土进行切口尖端裂纹以及断裂面观察,探究其裂缝开展情况,以分析相对切口深度对混凝土断裂性能的影响。结果表明:相对切口深度越大,则试件起裂越早,而起裂荷载与断裂荷载的比值随初始缝高a_0的增大无明显变化,初始缝高对起裂荷载和断裂荷载的影响呈线性相关;起裂韧度和断裂韧度随着相对切口深度的增大无明显减小趋势,两者的比值随相对切口深度也无明显变化,即双K断裂参数取决于材料本身固有特性,与切口深度无关;混凝土断裂过程复杂,存在明显的亚临界扩展阶段,该阶段裂纹绕开骨料发展,整个断裂过程中裂缝扩展路径呈现出曲折型。     

基于能量理论的混凝土梁裂缝口张开位移分析

混凝土结构在未使用之前往往已经存在裂缝,在外荷载作用下,混凝土内部微裂缝会不断产生、扩展,成为混凝土破坏的根源,因此有必要计算混凝土已有裂缝口的张开位移。应用基于能量理论的裂缝扩展准则和虚拟裂缝模型,通过编程来模拟混凝土梁混合裂缝的扩展,对于混凝土梁裂缝口张开位移的计算是有效的;切口深度增大时,裂缝口张开位移增大;弹性模量增大时,裂缝口张开位移减小,混凝土的抗裂性能得到加强。     

静水压力下混凝土双K断裂参数试验测定

本文主要研究混凝土在机械荷载和水压力的双重作用下，裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况。试验采用楔入劈拉试件，试验时每间隔一定的机械荷载，施加一个循环的一定数值的水压力，直至试件断裂。试验采用“恒定裂缝张开位移”和“恒定荷载”两种加载方式，恒定裂缝张开位移是对水压力作用下的试件进行的定性对比分析，恒定荷载是对固定水压力作用下的试件，通过表面粘贴应变片的方法监测裂缝的起裂和扩展长度。采用混凝土裂缝扩展的双K断裂准则计算了粘聚韧度、失稳韧度和起裂韧度，并与试验测定结果进行了比较。结果表明，随着水压力的逐渐增大，试件的可承受最大荷载逐渐减小，裂缝的起裂提前。     

采用荷载-裂缝张开口位移曲线确定混凝土三点弯曲梁的断裂能

在采用荷载-裂缝口张开位移曲线确定断裂能思路的启发下,假设带缺口梁旋转点为等效虚拟裂缝的尖端点,根据旋转角和断裂功的概念,推导出了由三点弯曲梁试验测定的荷载-裂缝口张开位移曲线计算断裂能的计算公式,进行了不同高度的三点弯曲梁断裂试验,使用新公式计算了断裂能.结果表明,在试验范围内由荷载-裂缝口张开位移曲线计算的断裂能接近于采用RILEM方法确定的断裂能,且变化较为稳定,可认为不存在尺寸效应.     

试件初始缝长对混凝土双K断裂参数的影响

本文采用尺寸为400mm×400mm×200mm，初始缝高比分别为0.2、0.4、0.5、0.6的楔入劈拉试件，应用线性渐近叠加原理，利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δαc，在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论，采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明，采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异，但当试件缝高比大于或等于0.4时KiniIc及CTODc均与试件初始缝高比无关，而KunIc值则与初始缝高比无关，这表明双K断裂参数及CTODc可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数。     

试件初始缝长对混凝民裂参数的影响

本文采用尺寸为 40 0mm× 40 0mm× 2 0 0mm ,初始缝高比分别为 0 2、 0 4、 0 5、 0 6的楔入劈拉试件 ,应用线性渐近叠加原理 ,利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc 计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δac,在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论 ,采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明 ,采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异 ,但当试件缝高比大于或等于 0 4时KiniIc及CTODc 均与试件初始缝高比无关 ,而KunIc值则与初始缝高比无关 ,这表明双K断裂参数及CTODc 可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数 .     

基于起裂韧度准则的混凝土裂缝黏聚区特性

基于起裂韧度扩展准则和黏聚裂缝模型研究混凝土断裂全过程中的裂缝尖端黏聚区特性;利用不同尺寸的带裂缝三点弯曲梁试件,计算得到了裂缝尖端黏聚区的长度、黏聚力、裂缝张开位移等,并采用现有试验成果和有限元方法计算成果对本文结果进行了验证。分析结果表明:最大黏聚区长度以及峰值时刻对应的临界黏聚区长度随试件尺寸增大而逐渐增大,最大黏聚区长度受拉伸软化曲线影响;裂缝断裂全过程曲线受软化曲线影响较小;当外荷载达到峰值后裂缝张开位移近似为线性分布,黏聚力分布受拉伸软化曲线影响较大。     

长期荷载对混凝土断裂性能影响的试验与数值研究

徐变对混凝土结构的耐久性有重要影响。为研究徐变对混凝土断裂性能的影响,对带有预制 裂缝的混凝土梁进行了30％极限荷载和起裂荷载两种水平的弯曲徐变试验,持载时间116ｄ,并对徐变 后试件进行三点弯曲梁试验。试验结果表明,30％极限荷载应力水平下,试件中裂缝没有发生扩展,而 起裂荷载应力水平下,试件中裂缝产生扩展。通过考虑微裂缝扩展的影响,计算了起裂荷载作用后试件 的临界裂缝扩展长度、断裂能和断裂韧度。计算结果表明,徐变过程中微裂缝的扩展对断裂能的影响不 大,但是持续起裂荷载作用后试件的临界裂缝扩展长度和失稳断裂韧度提高。最后,考虑徐变裂缝断裂 过程区的黏聚力松弛效应,引入基于起裂断裂韧度的裂缝扩展准则,数值计算了荷载－裂缝口张开位移 曲线,与试验结果对比吻合良好,验证了考虑长期荷载作用的裂缝扩展全过程数值方法的可行性。     

三点弯曲下钢纤维高强混凝土张开位移

通过钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,探讨了相对切口深度、粗骨料最大粒径、水灰比和钢纤维体积率等因素对钢纤维高强混凝土临界裂缝张开位移(裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移)的影响。结果表明,可采用诸因素对嘴尖比(裂缝嘴张开位移与裂缝尖端张开位移的比值)的影响来反映其对临界裂缝张开位移的影响;影响因素不同,嘴尖比随之变化的趋势也不同。根据临界裂缝扩展长度与张开位移之间的几何关系,提出了临界裂缝扩展长度的计算方法;在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土临界裂缝尖端张开位移的计算公式。     

带裂缝混凝土动态轴拉的声发射特性研究

为研究带裂缝混凝土在动态轴向拉伸荷载作用下的声发射信号特性,采用张口位移控制加载的方式,开展了张口位移速率为10~(-5)~10~(-2)/s的混凝土动态轴向拉伸断裂试验,分析了不同加载速率下声发射特征参数振铃计数、状态参数事件计数率和荷载随时间的变化曲线。试验表明:振铃计数包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系,且随着加载速率的提高,声发射活动越集中,试件断裂时间越短,更偏向脆性破坏,声发射能很好地揭示试件动态拉伸的受载情况和破坏状态。基于声发射特征参量的能量分析揭示了混凝土断裂破坏能量释放规律。结果表明:带裂缝混凝土动态轴向拉伸破坏不具有典型的3阶段特征,声发射信号在破坏瞬间突发性增强;随着张口位移速率的提高,混凝土断裂破坏时间缩短,极限强度增加,释放的能量呈指数增长。     

钢筋混凝土断裂参数试验研究

按照三点弯曲梁断裂试验方法测得试件最大荷载、裂缝张口位移等参数,依据《水工混凝土断裂试验规程》计算出试件的断裂韧度值。分析了钢筋在混凝土中的限裂作用,同时利用声发射技术判断起裂点。试验结果表明:采用声发射振铃计数曲线、事件计数曲线、声发射能量曲线、振幅曲线判断起裂荷载具有较高的准确性;钢筋在混凝土试件中起到限裂作用,钢筋的位置对试件断裂韧度具有一定影响。     

含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析

为研究空洞缺陷对混凝土楔入劈拉性能的影响,将空洞缺陷等效为相应纵向截面高度的损失量,并推导了含空洞缺陷混凝土楔入劈拉断裂参数的计算式,同时利用改进型测试装置进行了8组共32个试件的楔入劈拉性能试验,分析研究了空洞尺寸及其位置变化对试件楔入劈拉性能的影响规律。结果表明,起裂荷载、失稳荷载、起裂张口位移和失稳张口位移都随着空洞尺寸增大(直径0~120 mm)而降低,降幅分别为43.59%,23.75%,39.85%,54.50%;空洞缺陷对混凝土的起裂韧度影响较小,但却会明显降低混凝土失稳韧度,随着空洞尺寸增大,其降幅达到46.20%;空洞位置对混凝土断裂特性的影响跟裂纹扩展路径相关,当裂纹经过空洞时会降低相关参数,当其远离空洞区域时,则影响较小。     

混凝土水力劈裂试验研究

本文采用改进后的楔形劈拉试验密封装置进行了有(无)水压作用下的混凝土(水力)劈拉试验。设计的密封装置通过特制的夹具、硅胶板来实现密封水的作用,以承受施加在混凝土试件预制缝的外部水压力。试验表明,本文设计的密封装置对混凝土试件断裂参数的影响相对较小。根据预埋在裂缝尖端水压力传感器记录的数据,拟合并总结出混凝土试件缝面水压力在不同阶段的分布情况及一般规律。试验结果表明,不论是慢速加载还是快速加载,当水稳定进入裂缝时,缝面水压分布曲线主要由直线段和抛物线段两部分组成;慢速张开情况下裂缝口的水有足够的时间流入裂缝内,快速张开时缝内水的运动明显有滞后性。当慢速与快速加载作用达到相同的裂缝张开宽度时,慢速加载时缝面水压力是快速张开情况下的2~3倍。外水压对混凝土楔形劈拉失稳荷载影响较大,随着外水压的增大,试件的失稳荷载明显减小;快速加载下,失稳荷载比慢速加载时要有所增大。水力劈裂试件的扩展裂缝形状比较平直,而无水压作用时,试件劈裂扩展裂缝形状则有较多的曲折。     

混凝土断裂过程区拉伸软化的本构关系

针对混凝土在裂纹端部的断裂过程区应力和变形具有软化特性这一情况,将该过程区抽象为具有黏聚应力分布的裂纹,通过确定黏聚裂纹张开位移和黏聚应力分布的计算式,将其应用于混凝土材料,得到该材料的黏聚裂纹张开位移的分布及张开位移与应力的本构关系。理论计算值与试验结果吻合良好。