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。     

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。     

荷载水平对长期加载作用下混凝土剩余承载力的影响

为了研究荷载水平对长期加载作用下混凝土的剩余承载力的影响，对混凝土预制缺口梁首先施加６０％和８０％极限荷载并进行持续６个月和１２个月加载。长期加载试验结束后，一部分混凝土梁从加载架取出并且在静载条件下加载到破坏。而另外一部分混凝土梁进行更高荷载水平的持载试验。在试验过程中得到混凝土梁加载点位移随时间的变化曲线以及静载条件下的荷载－位移曲线。根据试验结果可以得到长期加载作用后混凝土的起裂荷载、剩余承载力以及断裂能。结果表明，长期荷载作用后，混凝土的起裂荷载和剩余承载力有明显的提高。且荷载水平越高，徐变后混凝土剩余承载力越大。长期荷载作用对混凝土断裂能没有影响。此外，８０％极限荷载持续加载１２个月后的混凝土时间在伴随试件极限荷载的持续加载作用下仍然可以在一段时间内保持稳定不发生破坏。     

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。     

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     

应变率效应对混凝土动弯拉强度的影响

本文基于混凝土材料的应变率效应及有关试验资料，给出了混凝土材料强度和弹性模量强化曲线，根据该关系曲线并考虑初始静预载的情况，建立了混凝土梁动弯加载过程的有限元数值模型。利用该数值模型模拟了不同加载速率和具有不同初始预静载时梁在冲击荷载作用下动弯拉破坏过程，分析了混凝土强度和弹性模量的应变率敏感性对不同初始预静载水平下的混凝土梁动弯拉强度的影响，初步揭示出动载强度随着应变率变化的规律。研究表明，在复杂加载情况下，动强度与应变历史、应变率历史以及材料的损伤积累有关。     

人工骨料全级配大坝混凝土的拉压力学性能

用大尺寸试件试验研究了全级配大坝混凝土在单轴拉伸与压缩荷载下的力学性能，并研究了龄期对混凝土性能的影响，给出了单轴拉伸和压缩的应力-应变全曲线及相对拉应力与相对裂缝宽度曲线。试验发现，龄期增加，混凝土的强度、弹性模量及断裂能提高，龄期对极限应变和最大裂缝宽度的影响不明显。双曲线方程可以用于表述混凝土强度、弹性模量及断裂能等力学参数与龄期的关系。     

基于DIC与AE技术的湿筛混凝土轴拉试验研究

为探究不同加载速率(1×10^-6、5×10^-6、25×10^-6s^-1)下湿筛混凝土的单轴拉伸试验裂缝扩展规律,结合声发射(AE)技术和数字图像相关(DIC)技术对湿筛混凝土试件进行实时监测,从而获得不同加载速率下试件位移-荷载曲线、声发射信号及裂缝扩展位置。结果表明：在轴向拉伸过程中,加载速率越快,试件损伤指数逐渐向线性发展;同时,混凝土试件的断裂主要是粗骨料与胶凝材料的胶结面破坏,并伴有少量粗骨料被拉断,骨料断裂位置与声发射能量信号反映匹配度较高;随着加载速率增加,试件主裂缝位移占轴向位移的比例显著增加,说明加载速率越快,试件内部应变集中越严重,从而加重试件破坏程度。研究成果对于湿筛混凝土断裂性能的研究具有一定的参考价值。     

直接拉伸下混凝土的断裂能

混凝土的断裂能是包含混凝土弹性阶段、塑性阶段及破坏全过程的综合参数，本文采用混凝土断裂能测试中最直观的直接拉伸法，对３种配合比、４种不同截面共６组试件进行了对比试验，探讨了直接拉伸试验下混凝土的断裂断。     

应用断裂力学研究有层面碾压混凝土极限拉伸值

使用断裂力学理论(双K理论)计算有层面碾压混凝土的极限拉伸值。即双K参数中,起裂韧度对应的荷载为起裂荷载,在荷载—裂缝尖端应变曲线上起裂荷载对应的应变为极限拉伸值。通过计算双K参数,由求得极限拉伸值。并与国内外计算公式进行对比分析。并分析碾压混凝土本体的极限拉伸值与碾压混凝土层面的极限拉伸值关系。     

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。     

高速荷载下混凝土断裂性能的试验研究

本文对混凝土在高速荷载下裂缝的扩展及其断裂性能进行了试验研究。试验结果表明：裂缝扩展的最大速度及加速度随加载速率的增加而增加；动断裂韧度随裂缝扩展速率增加而增加；对应于峰值荷载的裂缝扩量展也随加载速率的增加而增加。     

混凝土单轴循环加卸载试验及声发射特性

利用10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴试验系统和SAEU2S声发射信号采集系统, 研究了单轴循环荷载作用下混凝土强度变化及声发射特征。结果表明:混凝土在单轴循环荷载作用下,其抗压强度与回弹值的比值随应变速率的增加而增大,通过线性拟合发现混凝土抗压强度与回弹值的比值率效应表现明显;混凝土在单轴循环加卸载过程中,声发射定位研究揭示了混凝土开裂位置及发展状况,并将混凝土变形分为4个阶段进行研究,结合每个阶段声发射累积定位数情况,分析了混凝土损伤变化;对循环加卸载过程中声发射累积定位数的分析发现,卸载后再次至最大历史应力水平前大量声发射信号产生说明混凝土不满足Kaiser效应;基于声发射定位数与应力随时间变化关系的研究认为,混凝土强度与应力水平有关,与内部结构也有关。     

采用底部开缝立方体劈拉试件测定混凝土起裂断裂韧度

为了测定混凝土起裂断裂韧度,提出了一种采用底部开缝立方体劈拉试件的试验方法,并采用数值分析方法拟合了该加载条件下缝尖的应力强度因子计算公式,通过测量高度为１００ｍｍ、２００ｍｍ和３００ｍｍ,缝高比为０．２、０．３、０．５和０．７的立方体劈拉试件及三点弯曲梁试件的起裂荷载,进而计算起裂断裂韧度并研究其尺寸效应。结果表明,采用底部开缝立方体劈拉试件和三点弯曲梁试件测定的起裂韧度基本一致,计算结果皆无明显尺寸效应,说明提出的方法能够有效测定混凝土起裂断裂韧度。与传统的三点弯曲梁方法相比,该方法具有试件制备简单、试验操作方便等优点,为现有的混凝土断裂参数实验测定提供有效补充。     

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。     

Mode-I fracture and durability of FRP-concrete bonded interfaces

In this study, a work-of-fracture method using a three-point bend beam （3PBB） specimen, which is commonly used to determine the fracture energy of concrete, was adapted to evaluate the mode-I fracture and durability of fiber-reinforced polymer （FRP） composite-concrete bonded interfaces. Interface fracture properties were evaluated with established data reduction procedures. The proposed test method is primarily for use in evaluating the effects of freeze-thaw （F-T） and wet-dry （W-D） cycles that are the accelerated aging protocols on the mode-I fracture of carbon FRP-concrete bonded interfaces. The results of the mode-I fracture tests of F-T and W-D cycle-conditioned specimens show that both the critical load and fracture energy decrease as the number of cycles increases, and their degradation pattern has a nearly linear relationship with the number of cycles. However, compared with the effect of the F-T cycles, the critical load and fracture energy degrade at a slower rate with W-D cycles, which suggests that F-T cyclic conditioning causes more deterioration of carbon fiber-reinforced polymer （CFRP）-concrete bonded interface. After 50 and 100 conditioning cycles, scaling of concrete was observed in all the specimens subjected to F-T cycles, but not in those subjected to W-D cycles. The examination of interface fracture surfaces along the bonded interfaces with varying numbers of F-T and W-D conditioning cycles shows that （1） cohesive failure of CFRP composites is not observed in all fractured surfaces; （2） for the control specimens that have not been exposed to any conditioning cycles, the majority of interface failure is a result of cohesive fracture of concrete （peeling of concrete from the concrete substrate）, which means that the cracks mostly propagate within the concrete; and （3） as the number of F-T or W-D conditioning cycles increases, adhesive failure along the interface begins to emerge and gradually increases. It is thus concluded that the fracture properties （i.e.     

混凝土试件四点加载剪切断裂试验研究

有关混凝土Ⅱ型断裂的试验研究是混凝土断裂问题中的热点和难点问题。通过6组24个四点剪切试件对裂缝的剪切扩展过程以及断裂韧度K_Ⅱc进行试验研究,由试件的荷载-应变(P-ε)曲线、荷载-时间(P-t)曲线和荷载-裂缝尖端滑移位移(P-CTSD)曲线,确定试件的破坏荷载、裂缝尖端混凝土应变以及裂尖滑移位移。试验中可见,试件裂缝扩展方向并不平行于剪力方向,而是从裂缝尖端扩展至近加载点附近,表现为倾斜裂缝。试验结果表明,混凝土试件的Ⅱ型断裂韧度K_Ⅱc变化范围为0.5～1.1(MPa·m^0.5)。K_Ⅱc随近加载点与预制缝之间的距离减小而增大;K_Ⅱc随初始缝高比的增大而增大。经分析可知,试验过程中形成加载的高窄剪力区容易引起混凝土的剪切断裂。     

Mode-Ⅰ fracture and durability of FRP-concrete bonded interfaces

In this study, a work-of-fracture method using a three-point bend beam (3PBB) specimen, which is commonly used to determine the fracture energy of concrete, was adapted to evaluate the mode-Ⅰ fracture and durability of fiber-reinforced polymer (FRP) composite-concrete bonded interfaces. Interface fracture properties were evaluated with established data reduction procedures. The proposed test method is primarily for use in evaluating the effects of freeze-thaw (F-T) and wet-dry (W-D) cycles that are the accelerated aging protocols on the mode-Ⅰ fracture of carbon FRP-concrete bonded interfaces. The results of the mode-Ⅰ fracture tests of F-T and W-D cycle-conditioned specimens show that both the critical load and fracture energy decrease as the number of cycles increases, and their degradation pattern has a nearly linear relationship with the number of cycles. However, compared with the effect of the F-T cycles, the critical load and fracture energy degrade at a slower rate with W-D cycles, which suggests that F-T cyclic conditioning causes more deterioration of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP)-concrete bonded interface. After 50 and 100 conditioning cycles, scaling of concrete was observed in all the specimens subjected to F-T cycles, but not in those subjected to W-D cycles. The examination of interface fracture surfaces along the bonded interfaces with varying numbers of F-T and W-D conditioning cycles shows that (1) cohesive failure of CFRP composites is not observed in all fractured surfaces; (2) for the control specimens that have not been exposed to any conditioning cycles, the majority of interface failure is a result of cohesive fracture of concrete (peeling of concrete from the concrete substrate), which means that the cracks mostly propagate within the concrete; and (3) as the number of F-T or W-D conditioning cycles increases, adhesive failure along the interface begins to emerge and gradually increases. It is thus concluded that the fracture properties (i.e., the critical load and fracture energy) of the bonded interface are controlled primarily by the concrete cohesive fracture before conditioning and by the adhesive interface fracture after many cycles of F-T or W-D conditioning. As demonstrated in this study, a test method using 3PBB specimens combined with a fictitious crack model and experimental conditioning protocols for durability can be used as an effective qualification method to test new hybrid material interface bonds and to evaluate durability-related effects on the interfaces.     

基于能量法的混凝土循环加卸载动态损伤特性

为了从能量法的角度研究混凝土循环加卸载下的损伤演化特性,利用大型动静力三轴仪对边长为150 mm的立方体混凝土试件,进行不同侧应力、不同应变速率的循环加卸载试验。用改进的Najar能量法,确定了一种新的损伤变量计算方法,对比分析了改进后的混凝土损伤演化曲线与试验所得混凝土应力-应变包络曲线,将修正后的Weibull-Lognormal损伤本构模型对试验数据进行拟合分析。结果表明:新的损伤变量计算方法简单,物理意义明确;改进后的混凝土循环加卸载损伤演化曲线可以分为三个阶段,损伤不变阶段、损伤加速发展阶段、损伤稳定发展阶段;选用的塑性变形公式与试验结果拟合较好;经过修正后的混凝土损伤本构模型能较好地模拟混凝土循环加卸载条件下的应力-应变包络曲线。