逆推混凝土软化曲线及其断裂能的研究

断裂能是描述混凝土受拉开裂的重要参数。混凝土的断裂能可通过RILEM推荐的断裂功的方法确定,还可通过拉伸软化曲线下的面积确定。基于虚拟裂纹模型并采用Levenberg-Marquardt优化算法,由三点弯曲切口梁断裂试验获得的(荷载-裂缝口张开位移)曲线做逆分析,获得混凝土的软化曲线。在位移控制加载的试验机上完成6组不同尺寸的三点弯曲梁的稳定断裂试验。与单轴直接拉伸试验相比,逆推法获得的混凝土软化曲线试验具有容易实现和试验成功率高的优点。两种方法获得的混凝土断裂能变化趋势相同,随试件尺寸增大而增大,到达一定试件尺寸,断裂能不再增大。研究结果还表明,逆推获得的软化曲线具有尺寸效应,可用来解释断裂能的尺寸效应。     

水泥砂浆断裂韧度与强度的边界效应和尺寸效应

通过不同尺寸水泥砂浆试件的三点弯曲试验及强度试验,研究了水泥砂浆断裂韧度与强度等材料参数的边界效应和尺寸效应.结果表明:对于强度参数,随着试块尺寸的增加,强度指标逐渐降低;对于断裂参数,若不考虑虚拟裂缝扩展,试件高度H需达到0.47m才能满足线弹性断裂力学条件;若考虑峰值荷载时的虚拟裂缝扩展,则试件高度H为0.50m时,才接近但仍不能完全满足线弹性断裂力学条件.为了区别于现有尺寸效应模型关注的"绝对尺寸",提出了"相对尺寸"的概念,用来研究确定材料参数的尺寸效应.重点考虑砂浆颗粒尺寸对材料准脆性断裂的影响,给出了满足线弹性断裂力学条件、无尺寸效应的水泥砂浆断裂韧度及弯曲抗拉强度的确定方法.     

用RILEM方法得到混凝土断裂韧度的尺度律

用两种不同配合比的混凝土制作了几何相似的直裂缝矩形截面三点弯曲梁,在MTS 815材料试验机上测试这两种混凝土的力学参数并记录了三点弯曲试件的荷载-加载点位移和荷载-裂缝端口张开位移的全过程曲线。用最大荷载和初始裂缝长度求得的断裂韧度KIC存在明显的尺寸效应,对此问题,用材料与结构研究实验所国际联合会(RILEM)推荐的方法分别得到两种混凝土材料的真实断裂韧度和有效断裂过程区长度,从而确定了混凝土断裂韧度的尺度律公式。从该公式能直接得到材料大尺寸试件的断裂韧度和断裂过程区长度,还能预测同材料的试验室尺寸下几何相似试件的断裂韧度测试值。     

各种级配大坝混凝土双K断裂参数试验研究——兼对《水工混凝土断裂试验规程》制定的建议

为配合水工混凝土断裂试验规程在我国的制定,提供更充足的基础数据,受规程编制组委托,进行了最大尺寸为S×D×B=2200 mm×550 mm×240 mm的三点弯曲梁试件和最大尺寸为2H×D×B=1200 mm×1200 mm×250mm的楔入劈拉试件共140个试件的断裂试验。通过电阻应变片,测得不同布置测点荷载应变变化曲线,由此确定了不同级配及湿筛法大坝混凝土实测的起裂荷载和失稳荷载,计算了双K断裂韧度参数,讨论分析了双K断裂参数的尺寸效应和形状效应。结果表明:电阻应变片法测定起裂荷载的方法可行,Pini/Pmax=0.6￣0.85;三点弯曲梁法所得混凝土双K断裂韧度值无明显的尺寸效应;楔入劈拉试件由于竖向加载荷载PV引起附加力矩MV对裂缝尖端应力场的影响,导致所得混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应,但当采取措施消除此影响或此影响较小时,楔入劈拉试件的断裂韧度值也将无明显的尺寸效应;在相同配合比、相同高度条件下,不同试件形式的双K断裂韧度值无明显的差异。因此,可认为混凝土双K断裂参数是描述混凝土结构裂缝起裂及失稳断裂过程的材料常数,与试样类型和尺寸无关。     

纤维混凝土断裂性能的研究现状及展望

断裂参数可用于分析纤维在不同受力阶段对材料断裂性能的影响程度,从而有助于准确评价纤维混凝土的断裂性能。通过整理常见的纤维混凝土断裂试验方法及其特点,介绍并分类基于试验方法得到的断裂参数,对比讨论了同类型和不同类型参数各自的优缺点及适用的纤维混凝土类型。根据收集到的纤维混凝土断裂参数的试验数据,分析影响纤维混凝土断裂性能的主要因素及其影响规律。研究发现：三点弯曲梁和四点弯曲梁是目前常用的断裂试件形式,通过其测试得到的断裂参数表征不同的断裂行为,建议使用等效抗弯强度综合评价纤维混凝土的断裂性能。最后,对纤维混凝土断裂性能的研究方向提出了展望。     

确定混凝土强度尺寸效应律的小尺寸试件研究方法

混凝土力学参数的尺寸效应是一关键问题，而强度尺寸效应更为重要。本文从断裂力学出发，基于Bazant尺寸效应律，提出了通过小尺寸试件测试结果得出强度尺寸效应律的方法，同时得出与尺寸无关的断裂参数。方法简单易行，可在任何试验室实现，为确定大尺寸试件或实际结构的断裂参数提供了一可行的途径。     

两种混凝土断裂韧度的Bazant尺度律分析

选用两种不同性质混凝土的三点弯曲梁试验数据,用材料与结构研究实验所国际联合会(RILEM)推荐的方法,得到了材料有效断裂过程区长度和真实断裂韧度的值,从而确定了两种混凝土试件各自断裂韧度的Bazant尺度律公式.用公式分别预测了几何相似较大尺寸试件的断裂韧度值,与试验测试值相比,两种材料试件的误差均不超过5%.结果表明,Bazant尺度律公式揭示了混凝土类准脆性材料试件断裂韧度尺寸效应的规律,能很好地预测试件断裂韧度的测试值,并且预测精度几乎不受试件材料性质变化的影响.     

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GF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。     

混凝土断裂参数厚度尺寸效应的定量表征与机理分析

该文主要研究混凝土断裂参数的厚度尺寸效应,所进行的断裂试验属于国际材料与结构试验室联合会（RILEM）TC265-TDK委员会为制定双K断裂参数国际通用规范开展的国际联合试验的一部分。通过5组（共计29根）不同厚度（100~300mm）普通混凝土梁的标准三点弯曲试验,测定了双K断裂韧度KiniIc和KunIc、断裂能GF、特征长度lch等相关断裂参数,并用归一化（无量纲化）方法定量表征了各断裂参数随试件厚度的变化规律。进一步地,基于国内现行《水工混凝土断裂试验规程》（DL/T 5332-2005）中的线弹性断裂韧度计算公式、Weibull尺寸效应理论以及混凝土多轴强度理论,分析了试验所呈现的厚度尺寸效应特征。试验结果和理论分析表明,混凝土各断裂参数均不存在明显的厚度尺寸效应,且各参数的结论可以互相印证。     

混凝土类材料断裂实验的试件尺寸问题

本文在混凝土尺寸效应公式和混凝土的切口敏感性规律的基础上,推导出对于三点弯曲、四点弯曲、紧凑拉伸断裂实验,能够得到有效K_(1c)值的试件的最小高度。结果表明,三点弯曲和四点弯曲实验的试件的最小高度,非常类似于Modeer公式所得结果,而紧凑拉伸试件的最小高度则随相对裂缝长度增加而增加。     

基于P-CMOD曲线确定混凝土断裂能及尺寸效应分析

混凝土断裂能是评估混凝土断裂性能的关键参数。然而三点弯曲试验测得的挠度δ离散性较大,传统方法采用荷载-挠度(P-δ)曲线得到的断裂能误差较大。为了得到更准确的断裂能,假设带预制切口的混凝土梁绕虚拟裂缝的尖端旋转,合力矩做的功除以断裂面积等于断裂能,用荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线代替P-δ曲线计算断裂能,对已有的公式进行简化。对5组不同尺寸混凝土梁进行三点弯曲试验,使用简化的方法计算混凝土的断裂能。结果表明,两种方法计算的断裂能,有着明显的差异,同时P-CMOD曲线计算的断裂能离散性更小,表现出较好的稳定性。此外,对不同尺寸试件的峰值处荷载Pc、挠度δc、最大张口位移CMODc以及两种方法计算的断裂能的尺寸效应进行了分析。     

FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁断裂参数的影响

为探讨纤维增强复合材料(FRP)加固带裂缝混凝土结构的最优性价比,采用损伤断裂试验,研究了FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁试件断裂参数的影响.通过在混凝土三点弯曲梁试件表面粘贴应变片,测试了FRP加固混凝土开裂破坏起裂荷载;利用夹式引伸计测得荷载-裂缝口张开位移曲线,根据改进的断裂韧度计算公式,计算出FRP黏结长度不同的混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c,失稳韧度K■和起裂韧度K■.结果表明:对于相同初始裂缝深度的混凝土三点弯曲梁试件,FRP加固混凝土的峰值荷载随着FRP黏结长度的增加而增大,K■和K■均随着FRP黏结长度的增加先增大再减小,当FRP黏结长度为25mm时,FRP加固混凝土三点弯曲梁试件K■和K■的平均值均达到最大,阻裂效果最佳;采用声发射(AE)无损检测技术,对上述混凝土断裂过程中的声发射参量进行识别和采集,发现对于初始缝高比为0.4的FRP加固混凝土三点弯曲梁试件而言,其FRP最佳黏结长度为25mm.     

基于细观数值模拟的混凝土断裂过程区特性研究

基于细观数值模拟方法研究了混凝土裂缝尖端断裂过程区特性。采用多尺度方法对不同尺寸的三点弯曲梁试件进行建模,并利用非局部损伤模型模拟了断裂过程区的演变过程。结合现有试验对数值计算方法进行了验证。研究表明:基于数值模拟方法得到的荷载—裂缝口张开位移曲线与试验结果吻合较好。峰值荷载时刻对应的临界断裂过程区长度随着试件高度的增加而逐渐增加,临界损伤区域面积亦相应增加,临界断裂过程区长度与试件高度的比值随试件高度的增加趋于稳定。     

不同尺寸楔入式紧凑拉伸试件双K断裂参数的试验测定

为提供更为充足的试验数据充实<工混凝土断裂韧度试验规程>,同时也为研究双K断裂参数的尺寸效应问题,进一步确定进行混凝土断裂韧度试验的最小试件尺寸,方便工程技术人员的实际应用,采用一种新的试验方法即楔入式紧凑拉伸法设计了最大尺寸为1250mm×1200mm×200mm不同高度的6组共36个试件,试验研究双K断裂参数.该方法结合两种常规的楔入劈拉方法和紧凑拉伸法的优点,既消除了楔人劈拉试验中当竖向荷载与双线支承不共线时在裂缝尖端所引起的附加弯矩对双K断裂参数真实值的影响,又克服了紧凑拉伸试件对试验设备刚度要求的问题.试验中沿韧带方向布置电阻应变片,监测裂缝的起裂及扩展过程.通过对不同尺寸的楔入式紧凑拉伸试件的试验研究表明,楔入式紧凑拉伸法是一种操作简单且稳定的断裂试验方法,有望进一步补充现有的试验规程;所测定的混凝土双K断裂参数与试件的尺寸无关,可作为裂缝起裂和失稳的控制阀值来预测预报混凝土结构裂缝的发展状态.     

钠钙玻璃的双轴向弯曲强度

本文研究了带有微小压痕裂纹的钠钙玻璃试件在惰性环境中的双轴向弯曲强度分布和加载应力速率对试件疲劳强度的影响。试件在蒸馏水中的断裂强度、断裂概率及加载应力速率三者之间的关系可以用一个两参数的Weibull函数进行描述。本文还将钠钙玻璃试件的双轴向弯曲强度和与其相应的单轴向弯曲(四点弯曲)强度进行了比较。     

测定混凝土断裂参数试验方法的研究

对卵石、碎石混凝土试件进行了三点弯曲试验和楔入劈拉试验。计算、比较了卵石、碎石混凝断裂韧度、断裂能 ,发现采用三点弯曲法和楔入劈拉法测定的断裂参数接近。     

海水对混凝土断裂能及强度的影响

为研究海水对混凝土断裂能及强度的影响,通过三点弯曲试验和稳定的楔形劈裂试验对海水浸泡混凝土、水浸泡混凝土和全干燥混凝土试件进行测试,并利用CONSOFT软件对三组试件的力-变形曲线进行拟合.与水浸泡混凝土的断裂能和强度作了相应对比.试验表明海水使浸泡后的混凝土断裂能减少,其强度也随之降低.从表面能及表面张力的观点分析了断裂能和强度降低的原因.     

超高性能水泥基复合材料三点弯曲梁断裂韧度的试验测定及影响规律

研究超高性能水泥基复合材料的双K断裂参数,针对水泥基纤维复合材料和水泥基体两种不同材料设计了不同强度等级、不同尺寸以及不同初始缝高比的14组试件,进行3点弯曲梁断裂试验,测定其起裂荷载,并以此计算得到了起裂韧度的控制值;通过测定最大荷载及对应的裂缝张开位移计算失稳断裂韧度。结果表明,两种材料试件的起裂韧度和失稳韧度都随试件抗压强度的增大而增大;随初始缝高比的减小,水泥基纤维复合材料试件的起裂韧度和失稳韧度都明显增大,而水泥基体试件的起裂(失稳)断裂韧度增大不明显;尺寸效应均比较明显,试件尺寸的增大,水泥基纤维复合材料的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度增大较为明显,而水泥基体试件呈现一定的离散型。     

不同养护温度下蒸养混凝土断裂性能研究

为了研究不同养护温度条件下蒸养混凝土断裂性能的变化规律,开展了养护温度为20、45、60、80、95℃的混凝土三点弯曲梁断裂试验.基于双K断裂理论,分析了不同养护温度下蒸养混凝土的断裂性能,探讨了高温养护条件下混凝土损伤因子与其断裂韧度损失率之间的关系.结果表明:45℃养护条件下与20℃养护条件下的混凝土力学性能和断裂性能基本相同;养护温度大于45℃后,随着养护温度升高,高温导致的热损伤效应增强,试件的起裂韧度、失稳断裂韧度、断裂能和特征长度均呈下降趋势;采用弹性模量或抗压强度定义的强度损伤因子与断裂韧度损失率具有较好的相关性.研究成果可为蒸养混凝土断裂参数研究提供依据.     

混凝土断裂韧度的概率模型研究

国内外的大量研究结果表明,混凝土的断裂机理与金属材料的断裂机理有着明显的不同。为了描述混凝土断裂的随机性和实验表明的断裂韧度K_(IC)所存在的尺寸效应现象,本文首先对所收集的十三批(235根,尺寸为100×100×515mm)混凝土三点弯曲试件的断裂韧度K_(IC)的实验观测值进行了分布假设检验,结果表明,混凝土断裂韧度K_(IC)实验值服从Weibull分布。在此基础上,作者给出了描述混凝土断裂韧度K_(IC)尺寸效应规律的计算公式。计算结果与国内外所收集到的实验结果符合得较好。最后,作者应用上述研究结果对大尺寸混凝土试件断裂韧度K_(IC)统计分布进行了推断,从而计算了某混凝土坝裂缝发生脆性断裂的相对失效概率。