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。     

循环加载历史对混凝土断裂特性影响的试验研究

本文研究了循环加载历史对混凝土断裂韧度及断裂能的影响。用楔入劈拉试验对混凝土试块施加频率为１０Ｈｚ的高频预加拉伸荷载，测出荷载－位移全过程曲线，通过与未承受加载历史的混凝土准静态断裂参数比较，发现当预加拉伸荷载强度超过一特定值后，混凝土的抗裂能力显著降低，因此，混凝土的断裂参数不是独立于加载历史的物理量。     

不同纤维替代自密实混凝土梁中抗剪箍筋的试验研究

摘要： 通过对一系列有箍筋和无箍筋自密实混凝土简支梁在两点对称集中荷载作用下的受剪试验分析，本文研究了纤维类型、纤维掺量以及配箍率等变化参数对混凝土梁斜截面受力性能的影响，并分析了用钢纤维和混杂纤维部分替代抗剪箍筋的可能性。试验梁加载时采用位移控制。结果表明，适量的钢纤维和混杂纤维能够部分替代混凝土梁中的箍筋。当箍筋和混杂纤维共同作用时可显著提高自密实混凝土梁的极限剪力、荷载峰值后的剩余承载能力以及韧性。混杂纤维能够改变按构造要求配置箍筋的混凝土梁的破坏形态，使梁从脆性的剪切破坏转为延性的弯曲破坏。     

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。     

不同纤维替代自密实混凝土梁中抗剪箍筋的试验研究

通过对一系列有箍筋和无箍筋自密实混凝土简支梁在两点对称集中荷载作用下的受剪试验分析,研究了纤维类型、纤维掺量以及配箍率等变化参数对混凝土梁斜截面受力性能的影响,并分析了用钢纤维和混杂纤维部分替代抗剪箍筋的可能性。试验梁加载时采用位移控制。结果表明,适量的钢纤维和混杂纤维能够部分替代混凝土梁中的箍筋。当箍筋和混杂纤维共同作用时可显著提高自密实混凝土梁的极限剪力、荷载峰值后的剩余承载能力以及韧性。混杂纤维能够改变按构造要求配置箍筋的混凝土梁的破坏形态,使梁从脆性的剪切破坏转为延性的弯曲破坏。     

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。     

循环荷载下含裂缝缺陷的混凝土断裂特性试验研究

为研究含裂缝缺陷的混凝土在循环荷载作用下的断裂性能，利用ＭＴＳ试验机对带有预制裂缝 的混凝土三点弯曲梁试件进行了循环加载试验，获得了荷载－裂缝张口位移试验全曲线，据此得到了试 验曲线的包络线和共同点轨迹线，并计算了试件的断裂能和滞回环的耗散能。通过对循环加载试验声 发射信号的采集，分析了混凝土试件在该荷载历史下的声发射特性。结果表明:循环加载曲线的包络线 与单调加载曲线相吻合，且共同点轨迹线与包络线的形状相似；两种循环加载试验得到耗散能与循环次 数的曲线趋势相同，形状相似；循环加载试验中的声发射参数可以表征混凝土试件循环加载全过程的受 力状态，并呈现出明显的Ｆｅｌｉｃｉｔｙ效应。     

长期恒荷载作用下混凝土时变断裂试验研究

服役中的大体积混凝土结构处在长期荷载作用下,与服役时间相关的时变断裂问题直接关系到结构的安全。采用标准三点弯曲梁试件,分别施加约0.7Pmax、0.75Pmax、0.8Pmax、0.85Pmax、0.95Pmax的恒定荷载进行长期加载,试验测得在不同恒荷载水平下的时变裂缝口张开位移CMOD(t)。试验结果表明,CMOD(t)在持载阶段不断增大,CMOD(t)-t曲线呈现出三个阶段特征:第一阶段,CMOD(t)快速增大而裂缝口张开速率CMOR(t)逐渐减小;第二阶段,CMOD(t)增大而CMOR(t)几乎不变;第三阶段,CMOD(t)和CMOR(t)都快速增大直至试件断裂破坏。与不考虑时间相关性的单调加载静态断裂试验相比,时变断裂试验的临界裂缝口张开位移CMOD(tc)偏大;随着恒荷载水平的增大,时变断裂临界裂缝口张开位移CMOD(tc)减小且接近单调加载静态断裂的临界裂缝口张开位移。对于不同恒荷载水平的试件,其时变断裂寿命tcr随着长期恒荷载水平的增大而减小,且时变断裂寿命与荷载比P/Pmax成指数关系。     

带初始材性缺陷梁加固后力学模型研究

既有混凝土结构难免存在带有初始材性缺陷的 ＲＣ构件,其加固可行性及力学行为与正常混凝土构件不同,当前缺乏针对性研究成果。为此,采用玄武岩纤维（ＢＦＲＰ）布加固了 2根混凝土材性不符合设计要求的 ＲＣ梁,另有 1根未加固梁作为对比梁,共计测试了 3根梁。通过试验加载观察缺陷梁在加固前后的受力特征、破坏模式和极限抗弯承载力,分析相应的力学模型,最后根据极限状态下的破坏模式,采用“系杆 －拱”模型推导出缺陷梁加固后极限承载力计算公式。结果表明:随着外荷载和破坏程度的增加,加固梁由正截面抗弯模型进化到“梳状拱”受力模型,再变为极限状态下的“系杆 －拱”模型;梁底 ＢＦＲＰ布加固结合梁端 Ｕ型锚固措施可以有效提高缺陷梁的抗弯刚度、屈服荷载和极限承载力;提出的承载力计算公式计算值和试验值吻合良好且适中保守。     

小湾拱坝湿筛混凝土动态弯拉力学特性试验研究

结合小湾拱坝，试验研究了湿筛混凝土动态弯拉力学特性。试验采用MTS322动静万能试验机和简支梁三分点加荷法。静载试验加载速率为250N/s。动载试验考虑了不同初始静载（0%、40%、80%、90%）和不同动态加载方式（冲击和变幅三角波）。40%、80%和90%初始静载分别取18.6kN、37.2kN和41.8kN，以静载速率加载至初始静载值，再施加动态荷载。冲击波形加载速率是250kN/s。变幅三角波形加载频率是1Hz，每个加载台阶含三个周期，相邻加载台阶差值是20kN。湿筛混凝土试验结果表明：(1)初始静载对混凝土动态极限弯拉强度影响很大；(2)合适比例的初始静载对混凝土动态极限弯拉强度有利，本文试验发现80%初始静载时动态弯拉强度提高最大，冲击试验DIF高达1.49；(3)同静载相比，冲击加载时混凝土动态极限弯拉强度提高，弯拉极限拉伸值略小，弹性模量提高不多，纯弯区正截面中和轴位置没有变化；(4)往复加载对混凝土存在低周疲劳的不利影响。对比分析表明，三级配混凝土与其湿筛混凝土动态弯拉力学特性，定性规律相似，但定量结果尚得不出来，进行高拱坝抗震设计时，应采用全级配混凝土动态试验结果。     

四点剪切条件下岩石-混凝土界面裂缝扩展过程研究

采用四点剪切型试件进行岩石-混凝土界面断裂试验,研究不同加载方式、缝高比、偏缝率下界面裂缝的扩展过程。采用界面断裂力学的方法计算裂缝尖端应力强度因子,提出了能预测裂缝发展不同模式的界面裂缝扩展准则,结合岩石-混凝土界面的拉伸软化本构曲线,通过有限元方法对四点剪切加载条件下界面裂缝扩展过程进行模拟,数值结果与试验结果吻合良好。结果表明:在得到界面、混凝土与岩石的抗拉强度、断裂能和起裂断裂韧度后,可以采用数值的方法预测裂缝扩展的不同模式,求解岩石-混凝土界面裂缝在Ⅰ-Ⅱ复合型应力场下的起裂荷载、极限荷载、裂缝扩展长度等断裂参数,模拟裂缝扩展全过程。更多还原     

四点剪切梁法研究混凝土I-II复合型起裂准则及其缝高比影响规律

通过对3种不同缝高比试件的四点剪切梁试验,进行了混凝土I-II复合型起裂准则的试验研究,试验过程中除了测得极限荷载外,还测得了各个试件的起裂荷载及起裂角度。根据所测得的起裂荷载并通过有限元方法计算了开裂状态下的应力强度因子KI、KII分量,进而提出了与以往由极限荷载确定的断裂准则相区别的起裂准则,研究了缝高比对该起裂准则、试件起裂角度和应力强度因子分量的影响规律。结果表明,缝高比在0.3～0.4之间,其对混凝土I-II复合型断裂起裂准则有明显的影响;缝高比在0.4～0.5之间,其对混凝土I-II复合型断裂起裂准则基本上没有影响。随试件缝高比的增大,试件的起裂角度会增大,但对KI/KII却随缝高比的增大而减少。     

全级配混凝土梁弯拉应力-应变全曲线的细观力学模拟

为了测定全级配混凝土梁的抗弯强度,采用位移控制的加载有限元程序模拟了全级配混凝土梁的弯拉实验,得到了相应的弯曲拉伸应力一应变全曲线.数值模拟得到的梁的极限荷载、抗弯强度与试验结果基本吻合.数值模拟结果还表明,四级配混凝土梁的极限荷载高于三级配混凝土梁,但是抗弯强度低于三级配混凝土.梁的最终破坏表现为一条主裂缝贯通混凝土梁的横截面,表现出较强的拉应变软化现象和局部化现象.     

小湾拱坝三级配混凝土动态弯拉力学特性试验研究

结合小湾拱坝，试验研究了三级配混凝土动态弯拉力学特性。试验采用液压伺服加载系统和简支梁三分点加荷法。进行了21个试件试验，尺寸是300mm×300mm×1100mm。静载试验，加载速率为250N/s。动载试验，考虑了不同初始静载（0%、40%、80%）和不同动态加载方式（冲击和变幅三角波）。80%和40%初始静载分别取80kN、40kN，以静载速率加载至初始静载值，再施加动态荷载。冲击波形加载速率是600kN/s。变幅三角波形加载频率是1Hz,每个加载台阶含三个周期，相邻加载台阶差值是40kN。试验结果表明：(1)初始静载对混凝土动态极限弯拉强度影响很大；(2)合适比例的初始静载，对混凝土动态极限弯拉强度有利，本文试验发现80%初始静载时动态弯拉强度提高最大，冲击试验DIF高达1.37；(3)同静载相比，冲击加载时混凝土动态极限弯拉强度提高，弯拉极限拉伸值变小，弹性模量提高不多，纯弯区正截面中和轴位置基本不变；(4)往复加载对混凝土存在低周疲劳的不利影响。研究成果为小湾高拱坝抗震安全评价提供了有效的依据。     

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。     

短碳纤维混凝土低周疲劳断裂特性的试验研究

对于碳纤维混凝土带切口三点弯曲梁试件，测定了其在静载下的断裂参数，用测定柔度的方法研究了循环加载历史对碳纤维混凝土断裂参数的影响规律，试验研究了碳纤维混凝土的疲劳断裂特性。试验结果表明：当预疲劳加载幅值超过某一阈值后，碳纤维混凝土的断裂参数有所降低，这些参数是与预疲劳幅值有关的物理量，裂缝亚临界扩展长度与疲劳寿命无关，碳纤维混凝土的疲劳断裂寿命是素混凝土的2.1～2.8倍，能量吸收是素混凝土的9.5～13.2倍。     

再生砖骨料混凝土梁斜截面抗剪性能试验研究

为分析剪跨比、配筋率等条件相同的情况下,不同再生砖骨料取代率下再生砖骨料混凝土梁的极限承载力、裂缝开展情况、破坏形态、破坏规律的差别,制作了5根不同再生砖骨料取代率（0,30%,50%,70%和100%）的再生砖骨料混凝土梁,进行静力加载试验.试验结果表明,再生砖骨料混凝土梁和普通混凝土梁的裂缝开展过程和破坏形态大致相同,均属于典型的剪压破坏;但再生砖骨料混凝土梁的开裂荷载、斜裂缝出现时的荷载和极限荷载均低于普通混凝土梁.当再生砖骨料取代率超过50%时,再生砖骨料混凝土梁在试验中表现出了良好的受力性能,可以应用于工程实践.     

静载和疲劳荷载作用下橡胶混凝土声发射特性研究

为研究橡胶混凝土在静载和疲劳荷载下的声发射特征参数与橡胶混凝土损伤程度的关系,基 于声发射开展了静载和疲劳荷载下不同橡胶掺量的橡胶混凝土的三点弯曲断裂试验。利用声发射的能 量、累积能量和幅值等参数,评估混凝土的损伤程度。试验结果表明:静载作用下,通过分析能量参数可 将混凝土损伤过程分为三个阶段,通过分析幅值参数可将混凝土损伤过程分为两段;疲劳荷载作用下, 通过分析累积能量变化可将混凝土损伤过程分为两个阶段,分析幅值变化可将混凝土损伤过程分为三 段。静载下随橡胶掺量的增加,声发射信号减少,疲劳荷载下,随橡胶掺量的增加声发射信号增加。掺 入橡胶后能够提高混凝土的阻裂能力并增强混凝土承受损伤的能力。     

试件厚度对砂浆、混凝土断裂韧度K_(Ic)的影响和缝端微裂缝区的形状及大小

本文通过试验研究了三点弯曲梁试件厚度对砂浆和混凝土断裂韧度K_(Ic)的影响。利用格利菲思强度准则和断裂力学原理求得了混凝土类脆性材料裂缝端部微裂缝区的边界方程。借助化简后的微裂缝区模型,利用有限元法和由试验获得的荷载-开口位移曲线,求得临界荷载等于80％的极限荷载及在失稳前沿裂缝方向混凝土缝端微裂缝的最大长度为7.6毫米,砂浆为4.5毫米。利用极限荷载和预制缝长α=5厘米计算混凝土和砂浆的K_(Ic)时,其误差为±5％。     

预应力型钢超高强混凝土梁抗弯性能有限元分析

为进一步研究预应力型钢超高强混凝土梁的抗弯性能,利用ABAQUS对预应力型钢超高强混凝土梁进行数值分析。模型计算所得荷载-位移曲线与试验结果基本吻合,验证了有限元模型的正确性。结果表明,增加纵向受拉钢筋配筋率对混凝土开裂几乎没有影响,但使梁的屈服荷载和极限荷载均增加;型钢向下偏移,梁的屈服荷载和极限荷载增加;型钢向上偏移虽不能提高构件的承载力,但能改善梁的延性。增加预应力筋配筋率能延缓构件的开裂。