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     

基于ANSYS的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝应力强度因子计算

坝踵Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝是否危及坝体安全,可以通过计算缝端应力强度因子用断裂判据判断裂缝稳定性来分析。由于计算前不能确定裂缝处于压剪还是拉剪状态,可以先用ANSYS软件算出缝端网格群奇异单元缝岸上三个结点在局部坐标下的位移分量,然后代入相应的公式算出应力强度因子。实例计算结果较为合理,为Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝应力强度因子计算提供了一个合理的计算方法。     

混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则及扩展全过程的数值模拟

本文基于从试验中得出的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线,提出了Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的扩展准则,即由外荷载在裂缝尖端产生的应力强度因子与虚拟裂缝黏聚力产生的应力强度因子的差大于或等于起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线时裂缝扩展,在此基础上采用有限元法对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、稳定扩展及失稳扩展全过程进行了数值模拟,并计算了试件高度分别为200、300、400、500、600mm混凝土四点剪切梁的裂缝扩展路径、荷载-剪切位移曲线,数值模拟结果与试验结果吻合良好。研究表明,只要从试验中测得混凝土材料的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂时的临界KⅠ-KⅡ曲线、抗拉强度及弹性模量,即可计算混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程。     

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％。     

混凝土损伤断裂数值分析应用研究

从线弹性断裂力学出发,引进混凝土的损伤本构模型．探讨和提出计算混凝土表面Ⅰ型裂缝缝端损伤区域的有限元计算模型和计算方法,从而令混凝土Ⅰ型裂缝稳定性的判断更直观。     

混凝土断裂力学讲座(四) 混凝土弹塑性断裂力学

一、引言混凝土裂缝端部的微裂缝区较大,因此用线弹性断裂力学只能分析大体积混凝土的断裂问题,而对于一般建筑构件的断裂问题,则宜采用混凝土弹塑性断裂力学。目前,混凝土弹塑性断裂力学多采用的瑞典隆德工学院Ficfifious教授提出的虚拟裂缝模型(Fictitions Crack Model_简称FOM)和美国西北大学Baant教授提出的钝裂缝带模型(Blunt Crack Bond Model)。这两个模型较好地反映了混凝土裂缝端部微裂缝区的应力和变形状态,目前各国正研究如何将其应用于实际结构的断裂分析。本讲将主要介绍虚拟裂缝模型和钝裂缝带模型的基本概念。     

混凝土断裂力学讲座(六)——混凝土断裂力学的应用及前景

一、引言与材料力学不同,混凝土断裂力学主要研究裂缝端部附近的应力和应变场,并以此为根据判断裂缝的稳定性。在研究中,根据缝端断裂区与构件尺寸比值的大小,决定采用线弹性断裂力学,或以虚拟裂缝模型和钝裂缝带模型为基础的混凝土弹塑性断裂力学。断裂力学主要研究处于拉、剪应力场中的裂缝,而对处于压、剪应力场中的裂缝研究较少,这主要是因为前一种裂缝失稳的可能性大,也最危险,试验研     

混凝土断裂特性的试验研究及计算分析

用断裂力学方法分析大体积混凝土坝的裂缝问题,需要知道裂缝端部的应力强度因子和混凝土材料的断裂韧度,前者可以通过数值分析法或结构试验法求得,而混凝土断裂韧度的确定由于涉及混凝土的断裂机理等问题,尚值得研究。近年来,国内外许多学者对混凝土缝端区的物理状态和数学模型作了不少研究,提出不同的观点,主要有以下2种计算模型:     

混凝土坝坝踵区的断裂分析

本文首先求出在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型荷载作用下,V型缺口及混凝土坝坝踵区附近的应力场和位移场的近似表达式;然后把断裂力学中对线裂纹而提出的几个复合型断裂准则,推广和应用到混凝土坝坝踵区的断裂分析中来,建立了在各种复合型荷载作用下的断裂判据.     

碾压混凝土拱坝设人工短缝的应力释放及止裂作用

大仓面碾压混凝土拱坝横缝少，整体性好，仓面准备工作量少，浇注工艺简化，施工速度快，省水泥和温控措施，但施工期内外温差约束强，运行期均匀温降及温差应力大。拱结构研究表明：在上游坝肩拉力区设人工折缝，将折缝缝端置于低应力区，下游面拱冠设径向短缝，可以大大减少或消除温度和水压引起的拉力；从近缝两侧有限元节点位移差直接求得缝端应力强度因子，和缝端止裂措施组合韧性比较，可以保证人工构造缝的稳定。该设计已用于碾压混凝土工程，实测表明在超高水位下运行时人工短缝张开小于1mm，止裂措施后实测应变小于37个微应变，止裂效果好，人工缝保持稳定。     

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。     

碾压混凝土穿透型诱导缝不同扩展阶段的强度指标试验研究

在不同削弱度碾压混凝土轴拉试件的穿透型诱导缝周围粘贴了应变片，得到在不同应力状态下诱导缝应变发展规律为：在加载初期，离缝端不同距离的应变发展较为均匀，数值上相差不突出；随着荷载的增加，应变开始出现不均匀发展，离缝端越远，应变变化越缓慢；当接近最大荷载的阶段，缝端应变急速发展，试件瞬间断裂。应变从均匀发展变为不均匀发展，实质上隐含了诱导缝起裂、稳定发展、失稳断裂的整个过程，针对这一试验现象，结合断裂力学理论，建立了诱导缝不同开裂阶段的远场温度应力强度指标模型。     

自密实轻骨料混凝土断裂全过程分析

为研究自密实轻骨料混凝土的断裂特性,引入以起裂断裂韧度为参数的裂缝扩展准则,采用数值方法分析了自密实轻骨料混凝土三点弯曲梁裂缝扩展的全过程,得到了不同缝高比的自密实轻骨料混凝土梁在三点荷载下的荷载-裂缝口张开位移曲线,并根据裂缝扩展准则,计算了自密实轻骨料混凝土的断裂过程区长度和裂缝扩展阻力曲线。结果表明:试验和计算的荷载-裂缝口张开位移曲线吻合良好,验证了裂缝扩展准则的正确性;试验断裂过程区长度随着裂缝增长先增大,达到完整断裂过程区长度后减小;自密实轻骨料混凝土的裂缝阻力随着裂缝长度增加而不断增大,初始缝高比对裂缝扩展阻力曲线数值和形状的影响并不明显。     

基于混凝土断裂力学的水工结构裂缝研究综述

混凝土断裂力学是基于金属断裂力学基本理论发展起来的,主要研究含缝混凝土结构的破坏过程及裂缝传播规律,建立失稳断裂准则等。水工钢筋混凝土结构由于长期承受水压力和工作环境等特殊因素,结构裂缝问题与一般混凝土结构相比危害更加严重,需要引起高度重视。本文先对混凝土断裂力学作了简要介绍,然后总结了断裂力学在水工结构裂缝研究中的应用,最后讨论了基于断裂力学的水工结构裂缝研究发展方向。     

混凝土断裂力学讲座(三)——混凝土断裂韧度K_(IC)和复合型裂缝断裂判据

一、引言在各种类型的裂缝中,Ⅰ型缝是最危险的。用混泥土线弹性断裂力学研究Ⅰ型缝时,首先应求出缝端的应力强度因于K_I。当K_I≤K_(IC)时裂缝是稳定的。与材料力学相比,K_I相当于应力σ,K_(IC)相当于抗拉强度f_t,K_I≤K_(IC)则相当于σ≤f_t。与混凝土抗拉强度一样,混凝土断裂韧度K_(IC)反映了材料特性。它与混凝土配合比、强度、龄期等有关。必须通过混凝土断     

混凝土断裂力学讲座(二)——混凝土线弹性断裂力学

一、引言线弹性断裂力学有两种分析裂缝稳定性的方法:(1) 应力强度因子法。该法认为,当裂缝端部的应为强度因子K_i小于材料抵抗裂缝扩展的阻力——混凝土断裂韧度K_(ic)(下标i为裂缝的类型)时,则裂     

裂缝面上受外荷载作用下的边界配置法及其应用

本文给出了在裂缝面上受外荷载作用下,用边界配置法计算含裂缝物体的应力场和缝端应力强度因子的计算原理和方法;给出了两个典型算例并与其他方法所得结果进行了比较。然后利用这种方法计算了柘溪大头坝裂缝处于不同位置时的缝端复合应力强度因子K_(Ⅰ),K_(Ⅱ)。     

新型微弯过宽槽钢筋及其性能研究

水工大体积混凝土结构施工中常设宽缝以缓解温度应力,宽缝中常有钢筋通过,若不截断过宽槽钢筋,钢筋内将产生较大应力;若截断过宽槽钢筋,施工非常困难。针对上述难点,提出了新型的微弯过宽槽钢筋,并设计了4种不同尺寸和具体形状。通过数值分析和试验研究,得到了微弯钢筋的受力与变形关系。考虑温度和徐变作用,按施工过程对某上闸首结构进行了施工仿真分析,研究微弯过缝钢筋施工期的应力状态,并和直过缝钢筋进行了对比。对配置有微弯钢筋和直钢筋的轴拉构件进行对比分析,研究微弯钢筋对正常使用阶段混凝土最大裂缝宽度的影响。在以上工作的基础上,以施工期钢筋应力和正常使用阶段混凝土最大裂缝宽度为依据,建议了合适的新型过宽槽钢筋形状与尺寸。     

配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程声发射特征的影响

为了探讨配筋率对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂过程及声发射特征的影响,通过4组直偏裂缝钢筋混凝土三点弯曲梁开展Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验及声发射信号采集,并分析试验结果。结果表明:随着配筋率的增加,失稳荷载近似线性增加,配筋率影响混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂模式;裂缝稳定扩展过程中振铃计数出现若干个峰值,累计计数的突变可以表征Ⅰ-Ⅱ复合型断裂临界状态,且3个参数间具有较强的相关性;声发射峰频点均呈现分频段集中的现象,从85%荷载水平开始,140~155 kHz的频段占比减小,30~45 kHz频段占比增加,临近失稳临界状态时峰频分布趋于分散。     

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

摘要：通过对三种不同缝高比试件的四点剪切梁实验，进行了混凝土I-II复合型起裂准则的实验研究，实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，并研究了缝高比对该起裂准则、试件起裂角度、KI/KII的影响规律。结果表明，缝高比在0.3—0.4之间，其对I-II复合型断裂起裂准则有明显的影响；而在0.4—0.5之间，其对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。