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...     

基于尺寸效应的混凝土有效裂缝扩展量研究

根据混凝土材料断裂过程区存在尺寸效应这一特点，结合断裂韧度尺寸效应公式对混凝土有效裂缝扩展长度做了相应的研究，得到了基于尺寸效应规律的有效裂缝扩展长度的表达式。运用该公式对已有试验资料进行分析比较，得出此公式适用于单直线软化模型，不适用于双直线软化模型的结论。     

基于XFEM的钢筋混凝土梁开裂数值模拟

将扩展有限元法应用于钢筋混凝土简支梁开裂过程的数值模拟,采用三维实体单元与三维杆单元分别模拟混凝土与钢筋,在开裂区域预设与实验值相同间距的初始裂缝,并利用非线性弹簧单元来考虑钢筋与混凝土间的黏结滑移作用,得到了加载过程中裂缝的扩展情况、黏结滑移对裂缝扩展的影响、裂缝宽度与外荷载的关系以及纯弯段内裂缝处混凝土和钢筋中应力的分布.分析结果表明:计算得到的裂缝宽度与实验值吻合较好,黏结滑移会使得同样荷载水平下的裂缝更宽,钢筋和混凝土的应力分布与实际情况相符,扩展有限元不用重划网格、不用预设裂纹扩展路径,能有效地进行钢筋混凝土梁的开裂数值模拟.     

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。     

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.     

HRB400高强钢筋在混凝土构件中的应用研究

将HRB400钢筋用于混凝土构件,通过集中荷载作用下T型截面简支梁的试验,研究分析了高强钢筋混凝土简支梁的抗剪工作性能,斜裂缝出现和扩展特征,并对影响梁的斜向开裂荷载及裂缝发展的因素进行了讨论．     

HRB500级钢筋混凝土梁受弯性能分析

为了研究HRB500钢筋在混凝土梁中的受力性能,进行了7根HRB500钢筋混凝土梁的受弯性能试验,建立了HRB500级钢筋混凝土梁受弯的数值模型.模型以梁截面上的纵向力、截面力矩、钢筋微元力等平衡方程为基础,通过求解任意弯矩作用下任意截面上的平衡方程,确定整根梁的受力响应,得到挠度、曲率、应变等随荷载的变化情况,以及混凝土裂缝宽度的发展情况.模型考虑钢筋与混凝土之间的黏结滑移和裂缝的影响,以及裂缝之间受拉区混凝土的影响,计算结果与7根试验梁结果相比较,验证了模型的准确性.利用建立的数值模型分析了HRB500级钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土的协同工作,研究了相邻2条裂缝之间相对滑移、黏结力、混凝土和钢筋应变等的变化情况.对多因素进行参数分析,分析表明:采用高强度的混凝土能够较好地利用HRB500钢筋的高强度;随着梁截面高度的增加,裂缝宽度值成为限制梁承载力发挥的制约条件;增加保护层厚度不利于梁承载力的发挥,但影响很小可忽略.     

500MPa钢筋大保护层混凝土梁的裂缝性能

采用两点对称集中的同步分级加载方式,对4根配置500MPa钢筋的大保护层混凝土梁进行静力加载试验。同时,结合其它24根大保护层钢筋混凝土梁试验数据,在现行《混凝土结构设计规范》GB50010—2002裂缝宽度计算模式基础上,建议了此类构件的裂缝间距及裂缝宽度计算公式。并依据相关试验结果,对大保护层混凝土梁提出裂缝宽度控制建议。研究结果表明:(1)配置500MPa钢筋的大保护层混凝土梁裂缝发展规律与普通钢筋混凝土梁基本相同,按照规范GB50010—2002对此类构件进行裂缝宽度验算,计算值普遍大于试验值。(2)在正常使用状态下,各试件侧面裂缝宽度沿裂缝高度的分布规律基本一致,总的趋势是离受拉底面边缘越远,裂缝宽度越小。(3)对于保护层厚度c在40~65mm之间的钢筋混凝土梁,按规范GB50010—2002计算的平均裂缝间距普遍偏大;按指南CCES01—2004计算c≥40mm混凝土梁的平均裂缝间距,其计算值普遍偏小;对于c≥40mm的钢筋混凝土梁,按修正公式计算的平均裂缝间距与试验结果符合较好。     

超低温下轴拉钢混构件裂缝控制可靠度分析

基于蒙特卡洛法,由规范给出的正常使用极限状态下的功能函数,通过改变钢筋混凝土构件的温度、保护层厚度、荷载效应比、钢筋尺寸、混凝土等级,对超低温下钢筋混凝土轴拉构件最大裂缝可靠度进行分析得出:钢筋混凝土轴拉构件由常温20℃降至-160℃情况下,构件轴拉可靠指标β呈先降低后升高最后趋于平稳的趋势;对超低温条件下构件可靠指标影响由大到小依次为钢筋尺寸、混凝土等级、荷载效应比、保护层厚度;随着温度的降低,通过提高钢筋混凝土构件材料的性能,对钢筋混凝土构件裂缝控制的效果更加明显。     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究

为研究碳纤维加固方式对梁性能的影响,通过对比未加固的钢筋混凝土梁,设计了开裂与未开裂两种不同状态的钢筋混凝土梁采用碳纤维布加固后的受弯试验.在初始状态钢筋未屈服的情况下,无论加固前梁是否开梁,梁的主要破坏特征均为碳纤维布在跨中断裂;在保证粘贴良好的情况下,两种加固梁的屈服荷载、极限荷载均得到相同程度的提高;梁底粘贴碳纤维布可以有效限制裂缝的发展和延伸,因而加固后的梁的延性及刚度均得到改善;钢筋屈服后,荷载主要由碳纤维布承担,但其强度只能发挥60%左右.     

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.     

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.     

橡胶混凝土断裂性能试验研究

开展了橡胶混凝土三点弯曲梁断裂试验,获得了不同试件尺寸和橡胶掺量下的裂缝断裂全过程曲线,对橡胶混凝土断裂能G_F及裂缝扩展K-R阻力曲线进行研究。基于数字图像相关方法,获得了橡胶混凝土试件垂直于裂缝扩展方向的全场位移和应变信息,对裂缝扩展的损伤断裂演化过程进行研究。结果表明：随试件尺寸增加和橡胶掺量提高,断裂能均呈现出上升趋势;K-R阻力曲线随试件尺寸变化表现出明显尺寸效应,橡胶掺量在0%~14%设计范围内时,K-R阻力曲线与橡胶掺量无关。     

细晶粒高强钢筋混凝土梁受弯性能试验与参数分析

为研究配置了细晶粒高强钢筋混凝土梁的受弯性能,制作了HRBF400、HRBF500级钢筋混凝土矩形截面梁各4根进行静力抗弯试验.研究表明HRBF筋混凝土梁在短期荷载作用下的最大裂缝宽度实测值满足规范要求,但计算值不满足.HRBF400级钢筋混凝土梁在正常使用条件下的挠度能满足规范要求,HRBF500级钢筋混凝土梁不能够满足规范要求.推导了HRBF筋混凝土梁在裂缝/挠度控制条件下的承载力计算公式,提出了构件承载力利用系数的概念,分析了钢筋强度、钢筋直径、混凝土强度、配筋率、混凝土保护层厚度、高跨比对构件承载力利用系数的影响.在经济配筋率范围内,HRBF筋混凝土梁的延性基本满足要求.HRBF筋混凝土梁的耗能能力在较低配筋率时与普通钢筋混凝土梁相近,但随着配筋率的提高,其耗能能力较普通钢筋混凝土梁降低的快.同配筋率下,HRBF筋混凝土梁在弹性阶段的耗能能力较普通钢筋混凝土梁要高,且随着配筋率的增大而提高.     

水灰比对钢筋混凝土梁裂缝影响试验的研究

为研究不同水灰比对钢筋混凝土梁裂缝的影响,以混凝土开裂荷载、时间,出现位置,分布、发展状况以及梁破坏时的极限荷载、时间为主要观测指标,制作三组9根不同水灰比的钢筋混凝土梁试件,加静载使其产生裂缝发展直至破坏.实验结果表明:水灰比在0.550~0.600范围内,随着水灰比的增加,裂缝出现时间变早,剪切裂缝强度下降,裂缝发展越来越快,最终梁极限荷载下降,强度降低,但对裂缝出现位置并无太大影响.     

钢纤维全轻混凝土叠浇配筋梁裂缝宽度试验研究

根据钢纤维全轻混凝土叠浇配筋梁、钢筋混凝土梁和钢筋钢纤维全轻混凝土梁的受弯性能试验,结合裂缝分型统计分析,研究了纵向受拉钢筋配筋率和钢纤维全轻混凝土截面高度对叠浇梁正截面主要裂缝分布平均间距、平均宽度和最大宽度的影响规律,提出了钢纤维全轻混凝土配筋叠浇梁正截面裂缝计算公式。研究成果为钢纤维全轻混凝土配筋叠浇梁正常使用极限状态裂缝验算提供了计算方法。     

GFRP筋轻骨料混凝土梁的试验研究

目的为彻底解决钢筋混凝土结构中的钢筋锈蚀问题.方法采用4点弯曲的加载方法分别对相同配筋的GFRP筋轻骨料混凝土梁和钢筋轻骨料混凝土梁进行了静力学试验研究.结果得到了钢筋轻骨料混凝土梁和GFRP筋轻骨料混凝土梁的荷载-挠度曲线以及梁承受荷载过程中受压区混凝土最外层纤维和受拉主筋的应变变化.结论钢筋轻骨料混凝土梁正截面强度的计算公式已不适用于GFRP筋轻骨料混凝土梁的正界面强度计算.在相同的荷载作用下,GFRP筋轻骨料混凝土梁的变形比钢筋轻骨料混凝土梁的变形大,同时GFRP筋轻骨料混凝土梁不具有普通钢筋混凝土梁所具有的塑性铰的性质.     

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。     

GRF薄壁空心管混凝土梁构件的力学性能实验研究

通过对GRF薄壁空心管混凝土梁构件的实验研究和理论分析表明,在弹性阶段,外荷载和GRF薄壁空心管混凝土梁构件的各个部位的应变关系与弹性理论计算结果基本一致,由此可见,设计计算时采用弹性理论计算公式是合理的,梁构件的弹性极限荷载为其极限承载力的25%左右;在反复外荷载的作用下,其极限承载力可增加16%左右;当外荷载接近其极限承载力时,斜裂缝向上延伸到集中荷载作用点位置,向下延伸到纵向钢筋,并沿着纵向钢筋向支座发展,产生撕裂裂缝,直至破坏.这些可为现浇钢筋混凝土GRF薄壁空心楼板的设计计算提供参考.