碾压混凝土名义断裂韧度尺寸效应公式适用性的试验探讨

通过对碾压混凝土楔入劈拉试件断裂试验结果进行分析研究,得到了碾压混凝土的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,通过对几种模型计算结果的分析比较,确定了碾压混凝土断裂韧度尺寸效应所适用的公式.     

基于不同意义断裂韧度的混凝土有效裂缝扩展量计算模型

针对混凝土有效裂缝扩展量存在尺寸效应的问题,结合名义断裂韧度和失稳断裂韧度尺寸效应公式对混凝土有效裂缝扩展量计算模型做了研究,得到了反映尺寸效应规律的有效裂缝扩展量的计算模型。通过对已有常态混凝土和课题组所做的碾压混凝土试验资料的分析,得到了两个模型对于混凝土的有效裂缝扩展量计算值。与试验结果进行对比分析,结果表明对于常态混凝土,含名义断裂韧度的模型适用于单直线软化模型,含失稳断裂韧度的模型较较适用于抛物线模型;而对于碾压混凝土,尺寸增大时接近单直线模型,且用名义断裂韧度模型计算更为接近。     

初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响

为了研究初始缝高比对碾压混凝土的断裂性能的影响,制作了初始缝高比为0.4、0.5、0.6共18个楔入劈拉碾压混凝土试件并进行了断裂试验,得到了不同初始缝高比试件的有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度等断裂参数,分析了初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响。结果表明:在不同初始缝高比的条件下,起裂断裂韧度的值变化较小,可认为是材料的固有参数;失稳断裂韧度随初始缝高比的增大而增大,但也逐渐趋于平缓;起裂断裂韧度与失稳断裂韧度的比值随着初始缝高比的增加维持在0.38左右;相同尺寸下,初始缝长越小,裂缝亚临界扩展量越大,试件韧性越好。     

混凝土双K断裂韧度的尺寸效应

为探明双K断裂韧度的尺寸效应律,基于Bazant尺度律方法,推导了双K断裂韧度的尺寸效应公式,并通过几组混凝土断裂韧度的试验数据,对不同试件形式的尺寸效应进行了验证,最后给出考虑尺寸效应的双K断裂判据。研究表明:由室内小试件所测得双K断裂韧度随试件高度的增大而增大,并逐渐趋近于平面应变断裂韧性K1C;随初始缝高比α0的增大先增大后减小,且在α0约为0.4附近时达到最大。采用推导的尺寸效应律可对名义双K断裂韧度进行定量的描述和预测,不考虑尺寸效应的双K断裂判据偏保守。     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则研究

通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解析表达式,考虑尺寸效应得到碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝模型和修正深埋椭圆裂缝模型,假定为I型开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法建立裂缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效断裂韧度的解析表达式,应用双K断裂准则,建立碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则。并将此结果应用到三维非线性应力场仿真计算中,对沙牌碾压混凝土拱坝进行非线性开裂计算分析。     

有层面碾压混凝土轴拉断裂试验研究

利用电液伺服式试验机对有层面碾压混凝土试件进行轴拉断裂试验研究。试验结果表明,碾压混凝土层面断裂韧度小于本体断裂韧度,间隔4个小时情况下大约为本体断裂韧度的80％左右;轴拉试件断裂韧度存在尺寸效应,计算修正获得与试件尺寸无关的层面断裂韧度值。本文为碾压混凝土坝的设计、施工及安全度评估提供可靠的参考依据。     

基于扩展有限元法的混凝土梁断裂性能数值分析

用扩展有限元法对混凝土梁的断裂性能进行了数值研究。以试验所测具有尺寸效应的混凝土断裂能G_f作为基础数据,利用局部断裂能的双线性模型,通过最小二乘法拟合得到与尺寸无关的混凝土真实断裂能G_F。在此基础上,基于扩展有限元法,首先对比分析了采用断裂能G_f、G_F的模型,然后以真实断裂能G_F作为混凝土的参数,对不同缝高比和不同梁宽的混凝土三点弯曲梁的断裂性能进行数值分析。分析结果表明:当利用扩展有限元法对混凝土断裂问题进行计算时,采用真实断裂能G_F作为混凝土材料参数更准确有效;随着初始缝高比增大,混凝土梁断裂韧度先增大后逐渐减小;混凝土梁断裂韧度与梁宽无关。     

考虑尺寸、边界效应和裂纹扩展的单向间隔诱导缝等效强度模型

对失稳断裂韧度的尺寸、边界效应及有效裂纹扩展量开展深入探讨,研究不同尺寸非标准试件之间的失稳断裂韧度尺寸、边界效应和反映实际规律且具有实际物理意义的有效裂纹扩展量,基于上述讨论,建立考虑上述影响因素的单向间隔诱导缝等效强度模型,同试验结果对比发现,模型具有较好精度,可作为大体积混凝土单向间隔诱导缝等效强度的推荐公式.     

裂缝切口形式对混凝土楔入劈拉试件断裂韧度的影响

对4种不同预制裂缝切口形式的普通混凝土试件和碾压混凝土试件进行楔人劈拉试验,得到了各种工况下不同切口形式试件的断裂韧度.分析了预制裂缝切口形式对楔入劈拉试件断裂韧度的影响.试验结果表明:采用V型切口的试件断裂韧度最大,锯缝切口的试件次之,方形切口预埋缝试件断裂韧度最小,预埋钢片不取出的试件断裂韧度无明显规律性.几种预制裂缝切口形式下的楔人劈拉试件断裂韧度测试中,采用尖端V型的钢片预制裂缝效果较好.     

混凝土断裂尺寸效应律的探讨

混凝土结构断裂破坏的尺寸效应现象是８０年代初兴起的热点问题。本文在前人研究成果的基础上，对混凝土断裂尺寸效应律公式进行了探讨，建立了混凝土断裂韧度与试件尺寸之间的关系，并用试验数据进行了验证。