权函数法计算的混凝土断裂韧度

在采用解析方法确定混凝土的双K断裂韧度时,粘聚断裂韧度计算的准确性直接影响起裂韧度断裂控制参数计算的准确性。根据权函数法,给出了基于CEB-FIP粘聚应力软化函数计算的粘聚断裂韧度的表达式。使用最大高度为1000mm的五组楔入劈拉紧凑拉伸试件测量的最大荷载和临界裂缝嘴张开口位移,计算了混凝土的双K断裂韧度,并与积分解析计算公式进行了对比。结果表明,两种解析计算方法较为吻合,最大误差不超过2%。     

基于裂纹长度测定求解混凝土拉伸软化关系

采用外贴应变片方法测定弯曲荷载下裂纹长度的发展,得到荷载及相应弯曲裂纹长度关系(P-a);然后应用粘性裂纹模型,通过比较理论计算的梁的承载力与试验获得的相应裂纹长度时的承载力得到混凝土材料拉应力-裂纹宽度(s-w)关系,并进而得到材料的开裂强度、抗拉强度、断裂能和脆性特征长度等断裂力学参数。基于上述方法,求解3个强度等级的快硬混凝土抗拉软化关系。结果表明,随着混凝土强度的升高裂纹粘聚应力逐渐增大,混凝土材料的开裂强度、抗拉强度、断裂能均逐渐增大;同时,特征长度逐渐减小,说明强度越高混凝土材料越脆。所得到的s-w关系,可用于分析相关混凝土结构的断裂。     

确定混凝土开裂与拉伸强度及双K断裂参数

该文考虑混凝土材料的非均质特性,发展了确定无尺寸效应的混凝土开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数的断裂理论与相应方法。基于三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的断裂试验,确定出对应的开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数,并与试验强度值及由双K断裂模型确定的双K断裂参数进行了比较,从而验证了所提模型与方法的合理性与适用性。基于确定的材料参数,分别建立了混凝土起裂与断裂破坏的全曲线,给出了确定无尺寸效应起裂韧度的混凝土试件最小理论尺寸。建立了起裂荷载与起裂韧度之间的解析公式,对三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的起裂荷载,以及不同混凝土的起裂韧度进行了成功预测。     

小尺寸混凝土试件双K断裂参数试验研究

采用最大尺寸为680mm×160mm×40mm的标准三点弯曲梁试件,利用在初始裂缝两侧粘贴电阻应变片并利用混凝土裂缝扩展到此处时其应变回缩的方法测得了起裂荷载Pini,在此基础上根据Pini及初始缝长a0得到了起裂断裂韧度KIiCni;根据在试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODC计算了混凝土等效裂缝长度aC,据此计算了失稳断裂韧度KIuCn。结果表明:采用电阻应变片法可准确测定混凝土的起裂荷载Pini,且方法简单。试验结果还表明:在本试验范围内,三点弯曲梁法测得的混凝土双K断裂参数KIiCni、KIuCn与试件高度无关,进一步说明了混凝土双K断裂参数可以作为描述混凝土裂缝扩展的断裂参数。     

应变空间中混凝土的弹塑性本构关系

本文基于依留申公高,在应变空间中建立了砼的本构模型,使材料的应变硬化和应变软化特性可以用统一的塑性条件表达。     

混凝土裂缝扩展的断裂过程准则与解析

该研究工作对混凝土这一多相的复合材料,通过实验和理论相结合的科学手段,建立了一套完整的描述混凝土裂缝发展的断裂理论以及分析方法。根据实验观测结果提出了双K断裂参数,可以反映混凝土裂缝发展特性。在线形渐进叠加假定基础上,给出了双K断裂参数的解析表达式。根据分布于断裂过程区上粘聚力对裂缝扩展阻力的增强作用,得到了双K断裂参数适用的解析解,并通过实验分析了各种可能因素对双K断裂参数的影响。在考虑粘聚力影响条件下,提出了裂缝扩展阻力的新KR曲线,并将双K断裂参数与之对应起来。研究工作又通过能量的观点提出了与双K断裂参数相对应的以能量释放率为参数的双G断裂参数。通过数值计算和实验分析证实了能量法和应力场法在描述混凝土断裂性能方面的等效性。     

强冲击载荷下混凝土动态本构关系

利用一级轻气炮对混凝土靶板进行冲击压缩试验,测量出不同冲击速度下的压力-时间信号曲线。采用拉氏分析方法对实验数据进行分析,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,从而得到混凝土材料应力-应变试验曲线。在试验研究及拉氏分析的基础上,分析混凝土材料在强冲击载荷下的动态本构特性。最后,结合损伤率型演化和粘弹性理论,建立了混凝土材料的损伤型粘弹性本构方程。数值拟合表明理论预示与试验吻合良好。     

砼双K断裂参数的实用解析方法

采用标准三点弯曲梁砼试件,利用试验中测得的最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了砼裂缝亚临界扩展量caD。提出了由虚拟裂缝闭合力)(xs产生的应力强度因子cKI的实用解析方法,进而计算了砼双K断裂参数iniKIC及unKIC。采用这一方法,只需在试验中测得最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc、砼弹性模量及抗拉强度即可确定双K断裂参数并且无需对cKI进行数值积分。大量的计算分析表明,这一实用解析方法不但可使计算过程进一步简化,而且具有很高的精度。     

应变控制加载下砼本构关系的试验研究

本文采用应变控制加载方式对砼的应力应变全过程曲线进行试验研究，完成了砼试块在单轴拉伸、单轴压缩、双轴压缩及双轴拉压状态下的全过程曲线测试，克服了荷载控制方式下不能测取其下降段的缺陷。     

超低温环境下混凝土本构关系试验研究

针对超低温下混凝土本构关系进行试验研究,通过对试验数据整理分析,得出在20℃、0℃、?40℃、?80℃、?120℃、?160℃六个温度点下的应力-应变全曲线。该试验以抗压强度、弹性模量、峰值应变为主要测试指标。试验结果表明,试验温度越低,试件的破坏越迅速,测得的应力-应变全曲线下降段越短且越陡峭。随着温度降低,混凝土的峰值应变减小,脆性增大,强度与弹性模量均有所提高,且各自的提高程度与温度有关,全曲线的上升段与下降段可以用三次多项式与有理式分别拟合。     

大初始缝高比混凝土试件双K断裂参数的试验研究

双K 断裂准则能够定量描述混凝土裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。该文采用混凝土三点弯曲梁试件,通过在试验中测得的起裂荷载P_ini、最大荷载P_max及临界裂缝口张开位移CMOD_C计算了初始缝高比为0.3~0.9共7组试件的起裂断裂韧度K_ICini 和失稳断裂韧度K_ICun 。结果表明,当初始缝高比为0.3~0.7时,混凝土裂缝扩展经历起裂、稳定扩展和失稳破坏3 个阶段,双K 参数均是与初始缝高比无关的材料参数;当初始缝高比大于或等于0.8 时,混凝土裂缝起裂后便进入失稳扩展阶段,起裂荷载即为最大荷载,且计算得到的K_ICini 仍与初始缝高比无关。因此,在确定K_ICini 时,仅需测得初始缝高比大于或等于0.8试件的P_max,将P_max作为P_ini直接计算得到K_ICini。同以往的试验方法相比,其结果更为准确且试验方法简单。     

采用峰值荷载法确定全级配水工混凝土断裂参数

该文采用峰值荷载法研究了全级配水工混凝土试件的断裂参数。通过有限元方法,得到了适用于全级配水工混凝土的非标准楔入劈拉试件的应力强度因子K、裂缝嘴张开口位移CMOD计算公式以及裂缝张开位移COD与CMOD比值COD/CMOD的相关曲线。基于相关断裂试验,通过该文所提公式得到了全级配水工混凝土的等效断裂韧度与临界裂缝尖端张开口位移CTOD_c等断裂参数。研究结果表明：峰值荷载法可应用于截面尺寸不同而缝高比相同的全级配水工混凝土试件,峰值荷载法只需实测各试件的峰值荷载,就可方便确定全级配水工混凝土的断裂参数。     

自重对混凝土三点弯曲梁断裂性能的影响

自重对三点弯曲梁试件的断裂性能有重要影响,而以往基于三点弯曲梁研究混凝土的断裂性能时,很少考虑自重引起的试件初始裂缝张口位移（CMOD_ini）的影响。为了研究CMOD_ini对三点弯曲梁断裂性能的影响规律,给出了CMOD_ini及考虑CMOD_ini影响的有效裂缝长度（a_c）和失稳断裂韧度（K_IC^un）的计算公式,并用不同试件尺寸及不同初始缝高比的三点弯曲梁试验数据进行了对比分析。结果表明：当试件初始缝高比为0.4时,CMOD_ini受试件尺寸影响较小,即使试件尺寸达到2200 mm×550 mm×240 mm时,自重对其CMOD_ini、a_c及K_IC^un的影响均小于5%。CMOD_ini受初始缝高比的影响较大,且随着初始缝高比的增大而增大,对于尺寸为1143 mm×305 mm×76 mm,初始缝高比为0.818的三点弯曲梁试件,自重对其CMOD_ini、ac及K_IC^un的影响分别为24.26%、1.73%和17.31%。可见,当三点弯曲梁试件尺寸及初始缝高比均较大时应该考虑自重引起的CMOD_ini的影响。     

混凝土断裂过程区长度计算方法研究

该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明：断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。     

考虑温度影响的混凝土微观断裂模型

该文以各组分体积不变为准则建立了考虑温度影响的混凝土三相微观断裂球体模型。将混凝土组成简化为骨料,水及水泥浆体,并以模型中各层模拟;认为高温下混凝土的断裂为模型中间层水汽蒸发逸出的结果。通过气体状态方程分析了模型内部气压随温度的变化,并研究了骨料和水泥浆体层的应力状态。分析了含圆盘形裂纹的混凝土的可释放弹性能和表面能,并根据Griffith断裂准则给出了混凝土断裂韧性随温度的变化规律。对该文模型进行数值模拟,并与相关试验结果对比,结果证明了该文模型能够有效地计算高温下和高温后混凝土的断裂韧性。同时分析发现:随着温度的升高,混凝土可释放弹性能增大而开裂时的裂纹初始长度将减小。     

超高韧性水泥基复合材料加固混凝土三点弯曲梁断裂过程的研究

该文利用超高韧性水泥基复合材料(UFHTCC)所具备的较好的裂缝控制能力、较高的耗能能力、耐腐蚀性以及与混凝土之间良好的粘结性能,将其浇注在混凝土三点弯曲梁的受拉面,对加固后的混凝土三点弯曲梁的断裂过程进行了研究.首先由界面变形一致的假定,忽略了UHTCC未开裂区域的弹性变形,提出了UHTCC总裂缝宽度Wu的确定方法,...