硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.     

不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双K断裂韧度试验研究与理论分析

为了研究不同尺寸的混凝土结构的断裂性能,设计了5组共20个不同截面高度的楔入劈拉试件进行混凝土断裂试验.改进了试验加载装置以抵消竖向力的作用,简化了分析计算.在双K断裂理论的基础上,采用应力强度因子叠加原理对不同截面高度的楔入劈拉试件的有效裂缝长度和双K断裂韧度进行了计算.试验结果表明:在200~700 mm设计的截面高度范围内,试件起裂荷载、失稳荷载及有效裂缝长度均随截面高度的增大而呈线性增大;起裂断裂韧度基本不受试件高度变化的影响;失稳断裂韧度在试件截面高度低于500 mm时表现出一定的尺寸效应,随试件高度增大而逐渐增大,当试件截面高度大于500 mm时其值趋于稳定,可认为是一个常数.     

基于双K断裂模型的海水对混凝土断裂性能的影响研究

基于双K断裂模型,通过三点弯曲试验研究了海水养护、海水搅拌对混凝土断裂性能的影响。试验结果表明:海水拌制明显降低了混凝土的起裂荷载及峰值荷载,对混凝土的起裂断裂韧度KIcini及失稳韧度KIcun也均有降低作用,降幅最大分别达到52.6%和25.6%;海水养护对双K断裂参数影响相对较小,起裂断裂韧度及失稳韧度降幅范围分别为3.2%~23.4%、12.7%~20.8%。此外在海水影响下,计算得到的断裂能有较明显的降低,降幅范围在14.5%~28.1%。海水对混凝土立方体抗压强度影响较小。     

高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线

采用楔入劈拉法试验,设置20～600 ℃共10组温度,试件尺寸统一采用230 mm×200 mm×200 mm,初始缝高比为0.4.根据试验得到的荷载-开口位移曲线（P-CMOD）求得应力强度因子曲线（K曲线）.基于虚拟裂缝黏聚应力,对高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线进行求解.将混凝土断裂全过程划分为4个部分,裂缝黏聚应力呈Petersson双线性软化曲线分布.计算表明,在某一特定温度下,裂缝扩展阻力曲线随裂缝扩展长度的增加而增长;阻力曲线随温度的上升呈下降趋势.对应力强度因子曲线与裂缝扩展阻力曲线进行裂缝扩展的稳定性分析.结果表明,当裂缝扩展阻力曲线位于应力强度因子曲线上方时,裂缝稳定发展;反之,裂缝将失稳发展.该判据可以等同于双K断裂准则,起裂韧度、失稳韧度是裂缝扩展阻力曲线上的2个关键点.     

掺锂渣再生混凝土三点弯曲梁双K断裂特性

为研究锂渣掺量和再生粗骨料取代率对掺锂渣再生混凝土双K断裂韧度的影响规律,试验制作了锂渣掺量分别为0％、10％、20％和再生粗骨料取代率分别为O％、30％、50％的9组配比36根掺锂渣再生混凝土标准三点弯曲梁进行断裂测试,并在分析裂缝扩展过程的基础上提出了混凝土断裂韧度预估模型.试验结果表明:随着再生粗骨料取代率的增大,混凝土双K断裂韧度均呈现先增大、后减小的趋势;锂渣的掺入可以提高混凝土的双K断裂韧度,且在一定程度上弥补高再生粗骨料取代率导致混凝土断裂韧度小的不足;锂渣掺量为20％、再生粗骨料取代率为30％时,混凝土双K断裂特性最优,起裂韧度和失稳韧度分别为0.54 MPa·m1/2和1.07 MPa· m1/2,较基准组分别提高了42.1％和23％.     

混凝土裂缝非线性断裂的简化预测方法研究

混凝土的裂缝断裂问题是评定混凝土结构工程安全的关键问题.结合起裂韧度准则和黏聚力模型,提出了一种混凝土裂缝断裂分析的简化预测方法.通过给定裂缝黏聚力的分布形式,推导了裂缝张开位移、外荷载的表达式,结合拉伸软化曲线给出了相应的求解方程和求解步骤,获得了裂缝起裂至扩展的全过程曲线.其中,裂缝扩展基于起裂韧度准则,黏聚力产生的应力强度因子和位移采用权函数方法进行计算.利用不同尺寸的楔入劈拉试件对断裂全过程进行了计算,结合现有的混凝土断裂试验成果对本文方法进行了验证.结果表明采用本方法可完整的计算裂缝断裂全过程并准确的预测带裂缝构件的极限承载力,从而验证了本文方法的有效性和合理性.     

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.     

自密实混凝土断裂性能的试验研究

在混凝土三点弯梁断裂试验研究中,对双K断裂参数模型试验进行了简化,通过应力控制加载方式测量应变,利用试件变形的三角形比例关系求得裂缝口张开位移.对C35与C50自密实混凝土断裂性能的试验研究表明,自密实混凝土的断裂性能与相同强度等级的普通混凝土相比有所降低;自密实混凝土的失稳断裂韧度随龄期近似线性增长,起裂韧度一开始增长较快,随后增长速度有所减缓;自密实混凝土断裂参数和抗压强度之间存在近似线性关系.提出的简化方法有较高的精度,可以为自密实混凝土断裂性能研究与实际工程应用提供可靠的参考.     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比。结果表明：利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载一裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析。     

酸雨腐蚀对混凝土材料断裂特性的影响

为研究酸雨腐蚀环境下混凝土断裂性能的劣化情况而进行混凝土的实验室加速腐蚀实验,并通过三点弯曲试验及电测法获得了不同腐蚀程度混凝土的起裂荷载、最大荷载以及试件的弹性模量和断裂韧度的劣化情况,同时借助电镜扫描获取腐蚀混凝土裂尖的劣化样貌。在模拟酸雨环境下,混凝土裂纹尖端的腐蚀深度随着侵蚀时间的持续而逐渐增长,裂纹尖端混凝土将发生结构性的损伤,混凝土材料松弛并产生微裂隙,这将直接影响混凝土裂尖的抗裂能力。与水中浸泡试件相比,腐蚀试件的抗裂能力发生显著的退化;在不同pH值的模拟酸雨环境中,试件的起裂荷载与最大荷载都随着腐蚀时间的增加而呈现先增长而后降低的趋势;随着腐蚀程度的增加,起裂荷载则会加速劣化。混凝土断裂韧度随腐蚀时间先增大后减小;溶液pH值越低,断裂韧度的增长周期越短,最终的损失也越大。H⁺和SO₄^2-使裂尖混凝土发生复杂的物理化学变化,直接弱化混凝土的抗裂能力。混凝土断裂韧度劣化率随裂尖腐蚀深度呈现出抛物线式的发展态势。     

聚丙烯纤维增强混凝土断裂韧度及软化本构曲线确定

对粗、细聚丙烯(Polypropylene, PP)纤维不同混掺情况下的混凝土切口梁试件进行三点弯曲试验,基于双K断裂理论探讨了不同尺寸PP纤维混掺方式对试件断裂韧度的影响及其破坏机理,并通过起裂、失稳、黏聚韧度3者之间的定量关系得到实测黏聚韧度、起裂韧度增量和桥接韧度。借鉴3种普通混凝土的双线性软化本构曲线计算得到理论黏聚韧度,并将其与实测黏聚韧度对比,确定适合于不同纤维掺入情况下PP纤维增强混凝土(Polypropylene fiber reinforced concrete, PFRC)的双线性软化本构曲线。研究结果表明,PFRC相对素混凝土有较高的起裂韧度、失稳韧度和断裂能;2或3种尺寸PP纤维混掺时,其桥接应力对桥接韧度的增强效果非常显著;3种尺寸PP纤维在裂缝扩展的不同阶段发挥桥接作用,体现了良好的混掺增强、增韧效应;徐世烺和Reinhardt改进的双线性软化本构曲线,取校正系数λ为6时,可较好地适用于PFRC。     

不同钢纤维掺量的UHPC断裂性能试验研究

采用楔入劈拉试验方法,开展不同钢纤维掺量UHPC和普通混凝土(NC)、高强混凝土(HSC)断裂性能的试验研究。结果表明:与NC和HSC相似,UHPC断裂过程也可分为起裂、裂缝扩展和失稳破坏阶段;不掺钢纤维的UHPC0相比于NC、HSC呈无征兆的脆性断裂,掺入钢纤维后UHPC由多条微裂纹汇聚为一条曲折的主裂缝并因钢纤维的拔出而破坏;与NC相比,UHPC0的起裂韧度提高了31%,失稳韧度和断裂能反而降低(分别为72%和45%),而掺入1%钢纤维的UHPC1的起裂韧度、失稳韧度和断裂能分别提高到3.60倍、10.96倍和49.16倍;随着钢纤维掺量的增加,UHPC起裂韧度大致呈线性增长,失稳韧度与断裂能也随之增长,但其提高幅度逐渐趋缓,表明钢纤维的掺入可改善UHPC强度高而脆性强的特性,提高UHPC抗断裂性能。     

白鹤滩大坝低热水泥混凝土断裂性能试验研究

为正确评价白鹤滩大坝低热水泥湿筛混凝土断裂性能,在施工现场浇筑成型５组有效高度为２００～６００ｍｍ,初始缝高比为０．４的楔入劈拉混凝土试件,开展不同尺寸试件的断裂性能试验。根据试验结果,采用双 Ｋ 断裂准则对低热水泥湿筛混凝土断裂性能的尺寸效应展开分析。结 果 表明：不同尺寸试件起裂荷载与峰值荷载的比值为０．６６～０．８７;当试件有效高度达到５００ｍｍ 时,即可得到稳定的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能,分别为１．２６ＭＰａ·ｍ１／２,１．９８ ＭＰａ·ｍ１／２和３２０．７９Ｎ／ｍ。研究成果可为白鹤滩大坝开裂风险分析提供必要的材料参数。     

早龄期混凝土断裂性能和微观结构的试验研究

为了克服大体积混凝土工程中因早期裂缝引起的结构失效和耐久性降低问题，研究了早龄期混凝土
断裂性能和微观结构. 基于双参数模型，通过测定三种不同配合比混凝土浇注后18 h、1 d、2 d、7 d和
28 d的断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移，提出了早龄期混凝土断裂韧度与抗压强度的关系式，并通过压
汞测孔法(MIP)研究了相应龄期混凝土的孔隙率和孔径分布.试验结果表明,同龄期的断裂韧度值随着抗压
强度增长而增长，早龄期混凝土的抗裂性能小于成熟期混凝土.水胶比越小，相同龄期的孔隙率越小.早龄
期混凝土断裂韧度与孔隙率具有相关性，此相关性可用于抑制大体积混凝土的早期开裂.     

不同含水率混凝土断裂过程声发射试验研究

为研究不同含水率混凝土断裂过程的差异性,将干燥试件浸泡不同时间,使其达到不同含水率,基于声发射技术,对三点弯曲梁的破坏过程进行监测。通过比较声发射信号撞击计数、能量计数和振铃计数等不同发射信号来反映不同含水率对混凝土断裂过程力学性能的影响规律,并结合撞击计数、振铃计数和能量计数捕捉起裂荷载,进一步分析水分对起裂韧度和失稳韧度的影响。试验结果表明,相比于P-CMOD曲线,声发射参数变化能更加直观地分析水分对混凝土断裂过程的影响。随着含水率的增加,起裂前,撞击计数累计值呈现增大趋势,起裂后,声发射参数值、峰值以及累计值均呈现减小趋势;损伤演化起始门槛值随含水率的增大而降低,饱和试件较干燥试件最大下降64%;饱和试件断裂过程区宽度较干燥试件最大增大20.8%;     

粉煤灰取代率对再生混凝土断裂性能影响试验研究

为了研究不同粉煤灰取代率对富含砖粒再生混凝土断裂性能的影响,以RC25为基准再生混凝土,并以粉煤灰取代率为0%、10%、20%、30%为变化参数,制作了四组尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的富含砖粒再生混凝土三点弯曲梁试件。通过三点弯曲梁的断裂韧度试验,研究了富含砖粒再生混凝土随粉煤灰取代率的变化规律。结果表明:当粉煤灰取代率为10%时,富含砖粒再生混凝土的起裂韧度和失稳韧度提高幅度分别为4.61%和7.44%,当粉煤灰取代率超过10%后,随着粉煤灰取代率的增加,断裂韧度逐渐减小,最大降幅为12.21%。给出了富含砖粒再生混凝土的双K断裂韧度与粉煤灰取代率的关系式。     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实现。研究结果表明,尽管钢筋对混凝土梁的裂缝扩展起到限制作用,使其呈现出“塑性”特征,但是钢筋混凝土梁仍然存在尺寸效应现象,只是与素混凝土相比不明显。     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实...     

混凝土两相不均质模型断裂机理的初步分析

本文以试验为基础,讨论了两相不均质模型的断裂。对模型的裂缝起裂和开展进行了描述和分析。认识到混凝土局部的结构特征对于探讨其破坏过程和断裂机理是很重要的。骨料相的存在使基相中的裂缝起裂容易了,骨料离裂缝尖端越近,这种影响越显著,但裂缝的进一步发展又受到骨料的阻碍。局部的裂缝发展是伴随裂缝型式(Ⅰ型张开、Ⅱ型剪开)的不断复合和转化,不均质性对裂缝发展的阻止作用也是随之变化的。由此分析,对混凝土的断裂机理也有了进一步的认识。     

基于扩展有限元的混凝土三点弯曲梁断裂性能数值模拟研究

基于扩展有限元法,模拟了不同宽度混凝土三点弯曲梁的断裂破坏过程,得到了荷载-裂缝口位移曲线;对不同宽度、缝高比、跨高比的三点弯曲梁断裂过程进行模拟并利用双K断裂准则得出了不同宽度、缝高比、跨高比等条件下的应力强度因子,研究了这三种参数的变化对应力强度因子的影响。研究结果表明:当跨高比、缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm范围内变化时,其起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un基本保持不变;当梁宽不变,跨高比等于4,缝高比从0.2增大到0.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un呈现先增大后减小的趋势;当梁宽不变,缝高比等于0.4,跨高比从2.5增大到3.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ保持不变,失稳断裂韧度K_Ic^un将逐渐增大但幅度很小;当跨高比不变,缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm的范围内变化时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un均呈现先增大后减小的趋势,表明小跨高比的K_Icⁱⁿⁱ、K_Ic^un在梁宽度方向存在一定的尺寸效应。