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。     

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.     

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。     

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.     

大坝和湿筛混凝土起裂荷载的确定方法

混凝土材料的断裂破坏特征是准脆性的,也就是说裂缝的发展是一个过程量,断裂荷载-位移曲线呈现非线性是由断裂过程区的发展所造成的,而对于采用双K断裂模型准则来说,要来预测大坝混凝土的裂缝发展状态,需要实测混凝土的断裂控制参数起裂韧度KiniIC和失稳断裂韧度KunIC.裂缝在开裂时,裂缝所对应的初始长度记为a0,所对应的荷载称之为起裂荷载Pini.要获得起裂韧度KiniIC的实测值需要测定起裂荷载Pini的值.Pini的试验确定对双K断裂参数的实测值十分重要.     

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.     

碾压混凝土断裂特性与诱导缝开裂条件研究

为了研究碾压混凝土的断裂特性和诱导缝的开裂条件,对多组碾压混凝土试件进行3点弯曲梁断裂试验,获得了碾压混凝土的抗拉、抗压强度,断裂韧度和断裂能,以及荷载-加载点挠度曲线、荷载-缝端开度曲线。根据断裂韧度和应力强度因子的关系,建立了结构模型中诱导缝的开裂相似条件。通过3点弯曲梁的非线性开裂计算,由试验测得的荷载-挠度曲线推求出材料的拉应变软化曲线,并将材料的单轴抗拉强度修正为三维状态下的抗拉强度,最终建立了基于虚拟裂缝模型的诱导缝开裂计算条件。试验研究和计算分析所获得的碾压混凝土的开裂特性和开裂条件应用于沙牌碾压混凝土高拱坝的结构模型试验和数值计算中,为研究混凝土高拱坝的开裂和破坏机理提供基本依据。     

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.     

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。     

弹性地基上重力坝坝踵界面裂缝断裂可靠度分析

本文用特解边界元法及蒙特卡罗边界法计算了弹性地基上重力坝坝踵界面裂缝的断裂可靠度,找出了断裂韧度的均值是影响坝踵界面裂缝可靠度的主要因素,同时指出:区分裂缝的类型对断裂可靠度计算来说是十分重要的。文中还定量分析了地基刚度对裂缝断裂可靠度的影响。计算结果表明:地基刚度对裂缝断裂可靠度的影响甚大,不可忽视。计算还表明:扬压力对断裂可靠性来说仍是一种极为不利的因素。     

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.     

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。     

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.     

再生骨料混凝土简支梁静力荷载下性能研究

研究了再生骨料混凝土简支梁和普通混凝土梁在静力荷载作用下的裂缝的产生发展、应变以及挠度等变化.研究结果表明:相同荷载作用下,再生骨料混凝土梁的裂缝宽度略大于普通混凝土梁;加载后期,再生骨料混凝土试件梁的剪弯区裂缝发展速度较快,跨中裂缝和斜裂缝快速增长;再生混凝土梁在受力过程中正截面应变变化也基本符合平截面假定;试件梁未开裂时,再生骨料混凝土梁的挠度随再生骨料掺量的增大而增大.     

基于Ansys碳纤维加固混凝土梁的裂缝模拟分析

利用Ansys有限元软件建立了在单调荷载作用下钢筋混凝土梁的模型,在对未加固梁和碳纤维布加固梁的开裂荷载、极限荷载与相应实验结果对比的基础上,分析了加固梁在不同荷载下纤维布和混凝土的应力变化,模拟了两种梁的裂缝分布和开展规律。结果表明,Ansys模拟加固混凝土梁的开裂荷载和极限荷载与实验值的最大误差为10.2%,碳纤维布的工作过程与实际相吻合,裂缝的分布及开展也符合试验现象。     

碾压混凝土断裂韧度尺寸效应的试验研究

进行了不同尺寸碾压混凝土三点弯曲试件的断裂试验。对实验结果进行分析,得到了碾压混凝土断裂韧度的尺寸效应规律。将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的普通混凝土断裂韧度尺寸效应公式结合,通过对几种模型的计算结果的分析比较,得到了碾压混凝土所适用的断裂韧度尺寸效应公式。     

自密实混凝土梁正截面受弯性能试验

为了研究自密实混凝土梁正截面受弯性能,设计了5根自密实混凝土梁,2根普通混凝土梁。对试验梁的开裂荷载、极限荷载、截面不同高度处的平均应变、刚度和裂缝进行了研究,并且在普通混凝土梁相关计算公式的的基础上,给出了自密实混凝土梁的刚度、裂缝、界限受压区高度计算公式和正截面承载力计算方法.     

重复荷载作用下钢筋砼梁裂缝的试验研究

在试验的基础上,对钢筋砼梁在重复荷载作用下的使用性能进行了分析并提出了在重复荷载作用下钢筋砼梁裂缝宽度的计算方法,本文的建议公式与静力荷载作用下的裂缝宽度计算公式形成了统一的计算体系,建议公式计算值与试验值符合。     

压裂裂缝拟三维延伸的数值模拟

为了使压裂设计更符合实际情况,近年来倾向于使用裂缝三维延伸的数学模型。本文以I D Palmer缝高模型为基础,应用线弹性断裂理论,建立了适合层状分布油气层压裂时裂缝拟三维延伸动态尺寸计算的数学模型,模拟了裂缝三维延伸过程中裂缝尺寸随时间的变化关系。     

三点弯曲下PVA-尾矿砂水泥基复合材料断裂特性

针对混凝土的早期开裂问题,设计了PVA-尾矿砂水泥基复合材料三点弯曲梁试验,研究了尾矿砂掺量、缝高比、纤维掺量以及使用条件对断裂韧度和断裂能的影响规律.通过试验得出P-δ曲线和P-COM D曲线,并计算断裂韧度和断裂能.结果表明:断裂韧度与缝高比成反比,且随着纤维掺量的增加而增加,但尾矿砂对断裂韧度的影响却很小;断裂能随纤维掺量的增加而增加,随尾矿砂掺量的增加而降低;正常使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值比腐蚀使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值均增大约10%.