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。     

用能量方法研究混凝土断裂过程区的力学性能

准脆性混凝土自由裂缝前缘断裂过程区的发展与其非线性断裂特征及尺寸效应现象密切相关。它的物理力学行为的量化分析对理解混凝土断裂破坏机理和建立适用于混凝土结构裂缝稳定分析和安全评估断裂准则尤为重要,一直是混凝土断裂力学研究的核心问题。该文依据Hillerborg给出的断裂能定义,给出了计算单位长度断裂过程区发展能量耗散的通用表达式。以三点弯曲梁为例,采用非线性软化本构关系,进一步给出了计算此平均能量耗散的具体步骤及对应的公式。在根据实测的三点弯曲梁的断裂能回归拟合了特征裂缝张开位移w0后,计算了每个试件整个断裂全过程中不同荷载时刻断裂过程区耗能的平均值。结果表明:随着裂缝扩展,断裂过程区能量耗散的变化和试件尺寸无关,可描述断裂过程区混凝土材料的力学性能。     

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_ICun）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_ICun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_ICun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。     

基于裂缝扩展准则的K_R阻力曲线研究

根据混凝土I型裂缝扩展准则,将起裂断裂韧度作为材料参数,提出了一种新的计算混凝土结构裂缝扩展过程KR阻力曲线模型。该模型认为,裂缝扩展阻力由混凝土材料固有的抗裂能力和粘聚力提供的阻力组成并等于裂缝扩展的驱动力;应用该模型并借助有限元法计算了混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉试件的裂缝扩展量、断裂过程区（FPZ）长度,在此基础上...     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁弯曲性能影响的几何参数分析

具有超高韧性新型随机PVA短纤维增强的水泥基复合材料(UHTCC)代替传统的具有准脆性应力软化特征的混凝土或纤维混凝土材料制作的钢筋(RUHTCC)受弯梁,可提高承载力,改善构件的延性,并具有良好的损伤演变能力,被认为是一种抗震性能较好的新型构件形式。除了配筋率和UHTCC拉压材料性能外,截面几何尺寸是影响其弯曲性能的一个重要因素。基于受弯理论分析和试验验证,采用该理论公式对截面几何尺寸(截面高度、宽度以及面积)的影响规律进行了系列分析。结果发现:对承载力,梁高度比宽度影响明显,而对承载力提高幅度和变形而言,随梁高的增加而减小,梁宽没有影响;对裂缝控制来说,只要梁下边缘的极限拉应变小于UHTCC材料的极限拉应变,截面尺寸的变化几乎不影响裂缝宽度的大小。并进一步针对RUHTCC梁的受弯设计提出了一些设计建议。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土等效断裂韧度

本文采用虚拟裂缝模型,将临界裂缝尖端张开位移ＣＴＯＤｃ作为控制参数,利用三点弯曲梁试件通过迭代求得了混凝土裂缝亚临界扩展量的临界值△ａｃ,据此求得了混凝土起裂断裂韧度ＫｉｎｉＩｃ、等效断裂韧度ＫｕｎＩｃ值。计算结果表明,随着试件尺寸的增大,△ａｃ增大,但ＫｉｎｉＩｃ、ＫｕｎＩｃ值却是与试件尺寸无关的断裂参数。这表明线弹性断裂韧度准则可应用于混凝土结构的裂缝评定。     

基于等效纯弯曲梁的混凝土双K断裂参数研究

因四点弯曲梁跨中裂缝截面附近处于纯弯段,故其从理论上更符合Ι型断裂模式。基于此,该文通过开展跨中带缝的四点弯曲梁试验,将荷载作用下的四点弯曲梁纯弯曲段等效为纯弯曲梁,基于线性叠加原理给出了计算混凝土四点弯曲梁双K断裂参数的计算公式,并研究了不同初始缝高比（0.2、0.3、0.4、0.5及0.6）对四点弯曲梁双K断裂参数的影响,结果表明:随着初始缝高比的增大,试件起裂荷载P_ini,最大荷载P_max及相对临界有效裂缝扩展长度（a_c-a₀）/H均逐渐减小;起裂断裂韧度K_ICini和失稳断裂韧度K_ICun基本保持不变。可见,四点弯曲梁可以用于研究混凝土的双K断裂参数。     

UHTCC薄板弯曲荷载-变形硬化曲线与单轴拉伸应力-应变硬化曲线对应关系研究

单轴拉伸试验是评价超高韧性水泥基复合材料(以下简称UHTCC)力学性能的有效试验方法,但是由于其实际操作困难,不便于广泛使用。该文通过四点弯曲试验和单轴拉伸试验研究了UHTCC的弯曲性能和拉伸性能,对比分析了UHTCC的薄板弯曲荷载-变形硬化曲线和单轴拉伸应力-应变硬化曲线以及UHTCC的基本力学指标、韧性指标、延性指标和多缝开裂形式。试验结果表明四点弯曲试验可以反映UHTCC的应变硬化、多缝开裂、高延性和高韧性性能。基于理论分析和试验结果推导了极限拉伸应变的计算公式,并通过试验结果进行了验证,结果表明通过计算公式得到的预测值与试验结果吻合较好。因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验成为评价UHTCC特殊力学性能的简单实用的试验方法。     

型钢-UHTCC组合梁静载力学性能试验研究

为促进超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)在组合结构中的应用,开展了型钢-UHTCC组合梁静载力学性能试验研究。同时与型钢-混凝土组合梁试件的荷载-挠度关系、抗弯承载力、裂缝开展、破坏形态以及型钢与两种水泥基材料的变形协调性进行了对比分析。研究结果表明:在UHTCC与混凝土轴心抗压强度基本一致的情况下,UHTCC与混凝土两种材料之间的变形能力差异导致两种组合梁的静载力学性能存在明显差异。与型钢-混凝土组合梁相比,型钢-UHTCC组合梁的跨中最大挠度是其2.26倍,整体性更佳;相同荷载条件下的裂缝宽度仅为其50%左右;抗弯承载力提高了6.4%;跨中截面应变更加符合平截面假定;UHTCC能够与钢材变形协调、共同工作。     

基于声发射特征参数的玻纤格栅复合梁阻裂机理表征

为揭示玻纤格栅对复合梁弯曲开裂行为的阻裂机理,本工作开展基于声发射(AE)技术的带缝水泥混凝土板加铺沥青层结构的三点弯曲试验,通过声发射特征参数对比分析有无玻纤格栅夹层两类复合梁的弯曲断裂过程,探究试件损坏过程中AE参数演化特征,通过RA值和AF值分析了复合梁的断裂模式,并结合分形理论研究玻纤格栅对复合梁弯曲断裂特征的影响.研究结果表明:声发射特征参数可有效识别玻纤格栅的作用时期;玻纤格栅在荷载峰值后逐渐开始承受弯拉荷载,延缓了宏观裂缝的扩展,对复合梁的峰后持荷能力有明显提升作用,但承力时期滞后于沥青加铺对弯曲破坏荷载没有影响;玻纤格栅夹层的存在降低了复合梁拉伸破坏趋势,提高了复合梁弯曲破坏过程中的有序性,使复合梁中的微裂缝从产生、发展以及汇集成宏观裂缝至最终弯曲破坏的变化成为更加有序且渐近的过程,从而使该过程有明显的分形特征.     

Flexural behavior of plain concrete beams strengthened with ultra high toughness cementitious composites layer

Ultra high toughness cementitious composites (UHTCC), which has metal-like deformation and crack width restricting ability, is expected to be utilized as retrofit materials. For this application, much attention needs to be paid to the working performance of structure members composed of UHTCC and existing concrete. This paper presents an investigation on the flexural behavior of plain concrete beams strengthened with UHTCC layer in tension face. The effect of UHTCC layer thicknesses on first crack load, ultimate flexural load, crack width, and load–deflection relationship is examined. The experimental results indicate that the use of UHTCC layer significantly increases the first crack load and ultimate flexural load. The first crack load and ultimate flexural load of composites beams increased with the increase of the UHTCC layer thickness. Considerable reduction in crack width was observed for composite specimens, as UHTCC layer restricted the cracks in upper concrete and dispersed them into multiple fine cracks effectively. Moreover, in comparison to plain concrete beam, composite beams could sustain the loading at a larger deflection without failure. Based on the plane section assumption, etc., a calculation method to predict the flexural capacity of composite beam was proposed. Good agreement between predictions and experiments had been obtained.     

Flexural behaviour of UHTCC‐layered concrete composite beam subjected to static and fatigue loads

As an engineered material, ultra‐high toughness cementitious composite (UHTCC) exhibits the characteristics of pseudo strain hardening and multiple cracking under uniaxial tension. It can be applied as the reinforcing and protective material of concrete structures. In this paper, static and fatigue flexural tests were carried out on UHTCC‐layered concrete composite beams, for which UHTCC layer was used on the tension side. Under both static and fatigue loads, plane section assumption was suitable for such composite beams, and a good bond strength was achieved between the two layers. For static specimens, the UHTCC layer enhanced the ductility of the concrete layer. While under cyclic loads, because of the reinforcing effect of UHTCC, more than one crack were formed in the concrete layer, which led to a ductile deformation. Furthermore, the fatigue damage process of the composite beam was analysed.     

超高韧性水泥基复合材料延性断裂性能评价准则的试验研究

该文研究了超高韧性水泥基复合材料的断裂性能评价准则。对纤维体积掺量为1。5%、2。0%与2。5%的超高韧性水泥基复合材料试件进行了弯曲断裂试验,基于非线性断裂力学,应用双J参数评价其断裂性能,并分析了其J_R阻力曲线。结果表明,该材料的弯曲断裂表现出延性特征。应用双J参数评价该材料的断裂性能,当流入裂缝塑性区的能量大于起裂断裂能J_IC时,裂缝出现;随后,裂缝稳定扩展;当流入塑性区能量大于失效断裂能J_IF时,局部裂缝出现,材料进入失稳发展阶段。该材料的J_R阻力曲线存在三阶段线性关系,分别以宏观裂缝出现点与主裂缝局部化点为分界点。在UHTCC的变形稳态发展阶段,相同面积的裂纹发展量消耗的能量相同。     

A design concept with the use of RUHTCC beam to improve crack control and durability of concrete structures

Aiming at design issues of strictly anti-cracking structures or aseismic design in crucial locations of structures when using ultra high toughness cementitious composite (UHTCC), investigations on flexural behavior of reinforced ultra high toughness cementitious composite (RUHTCC) members are carried out due to excellent crack dispersion and strain energy absorption abilities of UHTCC. According to elastic theory, a calculation model of strain-hardening composites flexural members including theoretical calculation of moment, deflection and curvature, as well as critical reinforcement ratio is proposed in detail. Then experiment on RUHTCC beams without web reinforcement is performed to verify theoretical equations. For RUHTCC beams, there is a good agreement between test results and theoretical calculation. The safe calculated ductility indices can be used to predict ductility of structures. Compared with reinforced concrete beams, UHTCC delays yielding of reinforcements and improves load bearing capacity and ductility of structures, then steel reinforcement is saved; low reinforcement ratio is propitious to exert advantages of UHTCC. Under service load conditions, crack width in RUHTCC beams is limited to 0.05 mm and can be considered without negative influence on durability. Durability of structures will be significantly improved by using UHTCC instead of concrete.     

超低温对超高韧性水泥基复合材料抗压韧性影响试验

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)是一种具有超高韧性及良好耐久性能的新型复合材料,其抗压韧性是评价其工作性能的重要指标。通过对5组不同纤维掺量的UHTCC在超低温作用后的单轴受压试验,研究超低温作用下UHTCC的抗压韧性评价指标,并对其变形能力进行等效分析,为UHTCC在超低温环境下的工程应用提供理论支持。研究结果表明:在一定范围内,随着纤维体积掺量的增加,UHTCC的抗压强度、抗压韧性均有明显提升,而超出最优掺量后性能反而略有下降;超低温对于UHTCC的抗压强度具有一定的提升作用,当温度降低至?196℃,其轴向抗压强度最大可提升约74.42%,但其脆性性能更明显。      

UHTCC单轴受压韧性的试验测定与评价指标

韧性指标是评价超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)独特力学性能的重要指标。对比各国关于钢纤维混凝土弯曲韧性的测定与评价标准,该文以美国ASTMC1018标准、德国纤维混凝土标准和奥地利喷射混凝土标准为基础,分别采用等效抗压强度feq,n和开裂后的变形能Anp、韧性等级、评价纤维增韧作用的相对韧性指标RT1和评价UHTCC峰值后韧性的相对韧性指标RT2,从不同的角度详细定量地评价UHTCC的受压韧性性能。通过对棱柱体抗压强度在33MPa―52MPa之间的6组不同抗压强度的UHTCC进行单轴抗压试验表明,随着棱柱体抗压强度的增加,UHTCC开裂后所吸收的变形能和等效抗压强度增加;相对韧性指标计算结果表明添加体积分数为2%的PVA纤维使UHTCC的韧性性能达到相应基体韧性性能的2.6倍―3.8倍;使UHTCC峰值后的韧性性能达到峰值前的1.7倍―2.2倍,并证明纤维的作用主要体现在基体开裂后的韧性提高上;UHTCC的受压韧性等级主要在一级和二级之间。各组韧性指标均证明UHTCC具有较高的受压韧性性能和塑性变形能力,以及开裂后的高荷载承受能力。     

型钢UHTCC短柱的抗震性能研究

将具有良好控裂耗能能力和抗剥落性能的水泥基材料UHTCC应用于型钢混凝土SRC短柱,制作并完成了7个型钢-UHTCC(SUHTCC)短柱和1个SRC对比短柱的拟静力试验。试验主要变量为：配箍率、轴压比和翼缘栓钉布置。结果表明：UHTCC的使用可有效避免SRC短柱粘结裂缝的滋生,减缓剪切主裂缝的扩展,能够将SRC短柱的脆性剪切粘结混合破坏模式转变为延性较好的剪切破坏模式,大幅提升短柱的震后完整性;对SUHTCC短柱,增大配箍率对承载力几乎没有影响,但需确保箍筋最大间距以延缓粘结破坏,高配箍率的试件能显示出较好的峰后滞回曲线,具有较高的极限变形和耗能;轴压比对抗震破坏形态和力学性能影响较小,高轴压比下依然拥有较高的大变形能力和良好的抗震耗能;与型钢翼缘没有布置栓钉的SUHTCC试件相比,布置栓钉的SUHTCC短柱表现出更为饱满的峰前抗震滞回曲线,对峰前行为的影响较为显著,但峰后破坏加快导致延性降低。最后采用3种不同规范对SUHTCC短柱受剪承载力进行了预测,初步验证了现行JGJ138-2016规范受剪承载力计算公式的适用性,并对SUHTCC短柱的剪切变形进行了定量分析,讨论了各参数对剪切变...     

Viscoelastic Creep Crack Growth: A Review of Fracture Mechanical Analyses

The study of time dependent crack growth in polymers using a fracture mechanics approach has been reviewed. The time dependence of crack growth in polymers is seen to be the result of the viscoelastic deformation in the process zone, which causes the supply of energy to drive the crack to occur over time rather than instantaneously, as it does in metals. Additional time dependence in the crack growth process can be due to process zone behavior, where both the flow stress and the critical crack tip opening displacement may be dependent on the crack growth rate. Instability leading to slip-stick crack growth has been seen to be the consequence of a decrease in the critical energy release rate with increasing crack growth rate due to adiabatic heating causing are duction in the process zone flow stress, a decrease in the crack tip opening displacement due to a ductile to brittle transition at higher crack growth rates, or an increase in the rate of fracture work due to more rapid viscoelastic deformation. Finally, various techniques to experimentally characterize the crack growth rate as a function of stress intensity have been critiqued. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

外应力场下NiAl合金微裂纹动态扩展的分子动力学模拟

目的 对NiAl合金中不同晶体取向的裂纹扩展动力学行为进行原子尺度研究,明晰在塑性变形过程     

基于声发射技术的30CrMnSi钢断裂机理研究

采用三点弯曲试样加载过程声发射监测实验,结合断口SEM观察及X射线能谱分析,考察了30CrMnSi合金钢延性断裂的整个物理过程.结果表明:30CrMnSi钢的断裂过程从宏观上可以分为裂尖塑性变形、裂纹亚临界扩展和裂纹失稳扩展三个阶段.其机理如下:裂尖塑性变形过程是位错的滑移、堆积而引起的孔洞形核和长大;裂纹亚临界扩展过...