由四点弯曲试件确定混凝土的断裂与强度参数

提出了采用四点弯曲试件确定混凝土的断裂参数与强度参数的理论模型与具体应用方法。建立了四点弯曲条件下混凝土试件名义强度的表达式。研究了不同虚拟裂缝扩展长度取值对断裂与强度参数确定结果的影响规律。分析结果表明:仅需采用小尺寸四点弯曲试件的峰值荷载,即可同时确定混凝土无尺寸效应的断裂韧度与拉伸强度。通过不同学者的试验验证,证明了所提模型与方法的合理性与可靠性。研究为混凝土真实材料参数的合理确定提供了新思路。     

岩石材料真实断裂参数确定及断裂破坏预测方法

现有岩石材料断裂参数的测试方法不统一,测试结果存在尺寸效应;另一方面,即使给出材料参数,对应的岩石材料断裂破坏预测全曲线也尚未能建立。基于边界效应基本理论,研究岩石真实材料参数(断裂韧度及强度)的确定,及由确定的材料参数预测结构断裂破坏这2个拟解决而尚未圆满解决的关键科学问题。考虑岩石颗粒大小对断裂破坏的重要影响,在修正的边界效应计算模型中,引入岩石平均颗粒尺寸,进而实现由处于准脆性断裂状态下的小尺寸岩石试件,确定岩石无尺寸效应材料参数的目的。基于确定的材料参数(断裂韧度与拉伸强度),建立可描述塑性–准脆性–脆性特性的完整的岩石材料破坏预测曲线;分别考虑和忽略虚拟裂缝扩展影响,确定出满足线弹性断裂力学条件下的理论最小岩石试件尺寸。通过几何相似试件、非几何相似试件、几何相似与非几何相似试件组合的试验验证,证明了所建立理论与模型适用于岩石材料的真实断裂参数确定以及断裂破坏预测的分析。     

水泥砂浆断裂韧度的尺寸效应研究

用两种不同配合比的水泥砂浆分别制作了三组几何相似的矩形截面直裂缝三点弯曲梁.在MTS815材料试验机上进行试验,记录了试件的荷载-加载点位移(P-δ)和荷载-裂缝端口张开位移(P-ωCMOD)的全过程曲线.利用最大荷载和初始裂缝长度求得的线弹性断裂韧度存在明显的尺寸效应.为此,基于虚拟裂缝模型,认为裂缝端口张开位移是荷载、自霞和黏聚力共同作用的结果,求解该位移公式得到断裂过程区长度值,用断裂过程区长度修正初始裂缝长度后,再代入三点弯曲梁应力强度因子公式,进而得到尺寸效应程度较弱的等效断裂韧度值.     

混凝土断裂参数厚度尺寸效应的定量表征与机理分析

该文主要研究混凝土断裂参数的厚度尺寸效应,所进行的断裂试验属于国际材料与结构试验室联合会（RILEM）TC265-TDK委员会为制定双K断裂参数国际通用规范开展的国际联合试验的一部分。通过5组（共计29根）不同厚度（100~300mm）普通混凝土梁的标准三点弯曲试验,测定了双K断裂韧度KiniIc和KunIc、断裂能GF、特征长度lch等相关断裂参数,并用归一化（无量纲化）方法定量表征了各断裂参数随试件厚度的变化规律。进一步地,基于国内现行《水工混凝土断裂试验规程》（DL/T 5332-2005）中的线弹性断裂韧度计算公式、Weibull尺寸效应理论以及混凝土多轴强度理论,分析了试验所呈现的厚度尺寸效应特征。试验结果和理论分析表明,混凝土各断裂参数均不存在明显的厚度尺寸效应,且各参数的结论可以互相印证。     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则研究

通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解析表达式,考虑尺寸效应得到碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝模型和修正深埋椭圆裂缝模型,假定为I型开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法建立裂缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效断裂韧度的解析表达式,应用双K断裂准则,建立碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则。并将此结果应用到三维非线性应力场仿真计算中,对沙牌碾压混凝土拱坝进行非线性开裂计算分析。     

边界效应理论与模型及其应用

在当今社会发展中,对于混凝土、水泥砂浆和岩石的大尺寸构件的应用越来越广泛,随之而来的对其安全性的控制也要提高。目前对材料参数的测定都是通过在小尺寸的试件上进行试验测定出来的,具有一定的尺寸效应,不能准确地得到材料的具体参数,所以边界效应理论的出现,可以在一定程度上解决这一问题,可以实现通过小尺寸试件的试验结果进行计算和拟合的方法得到材料本身准确的材料参数(强度和断裂韧度)。本文根据学者们的研究对边界效应模型的发展和不同材料方面的应用进行分析。     

混凝土名义强度的尺寸效应研究

针对尺寸效应率和边界效应模型在混凝土名义强度的尺寸效应分析中存在分歧等问题,基于幂定律和等效弹性裂缝方法,提出了可综合考虑试件尺寸、初始裂缝长度以及断裂过程区对混凝土名义强度影响的尺寸效应模型.该模型融合了尺寸效应率和边界效应模型在混凝土名义强度尺寸效应分析中的影响因素,而且所需要的经验参数较少、求解方便.结合试验数据以及现有文献中的研究数据,对所提出的尺寸效应模型进行了验证,结果表明:所提出的模型可以较好地描述和预测混凝土材料的准脆性断裂行为,对试件的几何形状没有限制.     

各种级配大坝混凝土双K断裂参数试验研究——兼对《水工混凝土断裂试验规程》制定的建议

为配合水工混凝土断裂试验规程在我国的制定,提供更充足的基础数据,受规程编制组委托,进行了最大尺寸为S×D×B=2200 mm×550 mm×240 mm的三点弯曲梁试件和最大尺寸为2H×D×B=1200 mm×1200 mm×250mm的楔入劈拉试件共140个试件的断裂试验。通过电阻应变片,测得不同布置测点荷载应变变化曲线,由此确定了不同级配及湿筛法大坝混凝土实测的起裂荷载和失稳荷载,计算了双K断裂韧度参数,讨论分析了双K断裂参数的尺寸效应和形状效应。结果表明:电阻应变片法测定起裂荷载的方法可行,Pini/Pmax=0.6￣0.85;三点弯曲梁法所得混凝土双K断裂韧度值无明显的尺寸效应;楔入劈拉试件由于竖向加载荷载PV引起附加力矩MV对裂缝尖端应力场的影响,导致所得混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应,但当采取措施消除此影响或此影响较小时,楔入劈拉试件的断裂韧度值也将无明显的尺寸效应;在相同配合比、相同高度条件下,不同试件形式的双K断裂韧度值无明显的差异。因此,可认为混凝土双K断裂参数是描述混凝土结构裂缝起裂及失稳断裂过程的材料常数,与试样类型和尺寸无关。     

考虑尺寸、边界效应和裂纹扩展的单向间隔诱导缝等效强度模型

对失稳断裂韧度的尺寸、边界效应及有效裂纹扩展量开展深入探讨,研究不同尺寸非标准试件之间的失稳断裂韧度尺寸、边界效应和反映实际规律且具有实际物理意义的有效裂纹扩展量,基于上述讨论,建立考虑上述影响因素的单向间隔诱导缝等效强度模型,同试验结果对比发现,模型具有较好精度,可作为大体积混凝土单向间隔诱导缝等效强度的推荐公式.     

混凝土断裂断GF的尺寸效应

断裂能ＧＦ是基于虚拟裂缝模型并考虑了混凝土软化特性的断裂参数，这个参数在混凝土的非线性开裂计算中是必不可少的。本采用楔入劈拉法研究了试件高度对混凝土断裂能的影响。研究结果表明，ＧＦ在一定范围内存在尺寸效应。然而当试件高度ｈ〉５００ｃｍ时，基本上无尺寸效应，这一结论对大体积混凝土结构的非线性开裂计算有着重要的意义。     

不同几何尺寸纤维混杂混凝土的混杂效应

研究了不同几何尺寸纤维混杂混凝土的混杂增强效应和断裂能混杂效应;探讨了不同几何尺寸纤维在混凝土中的混杂效应机理．结果表明,不同几何尺寸纤维在混凝土中会发生互补效应,从而表现出纤维几何混杂效应,这可为开发高性能水泥基复合材料提供一条有效途径．     

混凝土断裂尺寸效应律的探讨

混凝土结构断裂破坏的尺寸效应现象是８０年代初兴起的热点问题。本文在前人研究成果的基础上，对混凝土断裂尺寸效应律公式进行了探讨，建立了混凝土断裂韧度与试件尺寸之间的关系，并用试验数据进行了验证。     

截面尺寸对钢筋混凝土轴心受压构件耐火极限的影响

尺寸效应对混凝土构件力学性能有着明显的影响,曾一度是混凝土材料构件研究领域的热点,但尺寸效应对混凝土构件抗火性能影响的研究鲜见文献报导。试验室通常进行的火灾试验是缩尺试验,但因尺寸效应的影响,试验结果不能简单推及和运用于实际工程构件抗火性能的评估。本文利用经过验证的数值分析模型研究了截面尺寸对钢筋混凝土轴心受压构件耐火极限的影响,给出了参照试件受火时间与高温时承载力的关系图,建立了耐火极限与截面尺寸的函数关系,并用实例验证该函数关系的有效性。同时本文也提出了"等效受火时间"的概念,给出截面分层的方法和确定该时间的截面温度分布条件。     

温度对超声波在混凝土中传播速度的影响

研究了-10~30℃条件下超声波在C30,C40和C50混凝土中的传播速度,并计算了不同温度下混凝土的推定抗压强度.研究结果表明:在-10~30℃条件下,温度对超声波传播速度的影响不可忽略,低温时这种影响更加显著;温度对超声波传播速度的作用规律可忽略尺寸效应的影响;就C30,C40和C50混凝土而言,温度对超声波传播速度温度修正系数的影响规律基本相同.     

尺寸效应对水泥净浆与粗骨料界面黏结性能的影响

分析了粗骨料的尺寸对混凝土过渡区界面黏结性能的影响,并通过劈裂抗拉试验、压剪试验获得了粗骨料和硬化水泥浆之间的劈裂抗拉强度及抗剪强度.结果表明:粗骨料的尺寸对界面过渡区的黏结性能有较大的影响,界面黏结强度随粗骨料尺寸的增大而减小;水灰比越低,界面黏结性能越好;粗骨料的类型对界面过渡区黏结性能也有较大性能的影响.     

落叶松锯材抗弯强度尺寸效应

以兴安落叶松锯材为研究对象,研究了不同目测等级下锯材尺寸与其抗弯强度之间的关系.试验选取1961根6.5、9.0和14.0 cm3种宽度尺寸的目测等级锯材,每个宽度尺寸分为高、低目测等级组,按照每组试件宽度18倍的测试跨度测试锯材的抗弯强度.利用斜率法和形状参数法确定高、低目测等级组抗弯强度5％分位值的长度与宽度的组合尺寸效应.研究结果表明,斜率法获得高、低目测等级组试件抗弯强度5％分位值的组合尺寸效应分别为0.19和0.23.     

预应力混凝土梁疲劳可靠性及尺寸效应试验研究

为研究预应力混凝土梁在承受疲劳荷载后的可靠性变化及尺寸效应产生的影响,现对3根不同尺寸的预应力混凝土简支梁开展疲劳试验,采集试验数据并运用已有的可靠性计算方法对试验梁的可靠性进行初步的验算,通过对比不同尺寸试验梁的疲劳数据得到尺寸效应对试件承载力等性能的影响,计算试件在不同疲劳次数后的可靠度并对比计算结果分析其可靠性变化。分析试验结果发现,随着疲劳次数的增加,试件的可靠性逐渐降低;受拉区混凝土和受拉钢筋的疲劳可靠性均低于受压区混凝土和受压钢筋;在相同的疲劳循环次数下,尺寸较小构件在相同疲劳次数下的可靠性更低。     

短切玄武岩纤维混凝土基本力学性能的尺寸效应

为了研究短切玄武岩纤维混凝土试件尺寸变化对其基本力学性能的影响,对不同纤维长度（15,25 mm）、纤维体积掺量（0.1%,0.2%）、基体混凝土强度等级（C30,C40）的330个短切玄武岩纤维混凝土（BFRC）试件分别进行了立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲抗拉强度试验并对试验数据处理,以尺寸效应度反映尺寸效应规律。研究结果表明:玄武岩纤维混凝土立方体抗压强度试件的尺寸换算系数受混凝土的强度等级、纤维长度、纤维体积掺量的影响较小;轴心抗压强度的尺寸效应随混凝土强度等级、纤维长度、纤维体积掺量的增大均有所提高;劈裂抗拉强度随混凝土强度等级变化,其尺寸效应不明显,但随纤维长度的减小及纤维体积掺量的增加,尺寸效应有增大趋势;混凝土强度等级和纤维长度的改变对混凝土弯曲抗拉强度的尺寸效应影响不大,但随纤维体积掺量的增加,尺寸换算系数先减小后变大。     

嵌岩桩尺寸效应及深度效应的室内试验研究

为了研究嵌岩深度超过4倍桩径的深嵌岩桩的桩径尺寸及嵌岩深度对桩基承载特性的影响,采用室内模型试验方法,通过室内3组(9根)模型试桩对其进行了研究与分析,内容包括桩径大小及嵌岩深度对深嵌岩桩基承载力的影响、嵌岩深度的变化对轴力传递的影响以及桩径尺寸及嵌岩深度效应对桩侧阻力、桩端阻力的影响等。研究结果表明:增大桩径和增加嵌岩深度对提高嵌岩桩基的极限承载力都是可行的,且增大桩径比增加嵌岩深度更为有利;从桩身轴力传递来看,随着嵌岩深度的增加,桩身轴力的分布主要集中在桩身上部;从桩侧阻力分布形态来看,桩侧阻力也主要分布在桩身的上部区域。对小直径桩基(D=50 mm)而言,随着嵌岩深度的增加,桩顶承受荷载的增大,桩身上部的极限侧摩阻力也随之增大;而对大直径桩基(D=90 mm)而言,桩侧摩阻力随桩径的增加而反而有所减小;从桩端阻力大小来看,在极限荷载作用下,桩基嵌岩深度越深、桩径越大,桩端阻力变化越小。