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。     

标准钢筋混凝土三点弯曲梁双K断裂特性试验研究

为研究缝高比对钢筋混凝土起裂韧度、失稳韧度等断裂参数的影响,以及钢筋在混凝土裂缝扩张过程中对裂缝的限制作用,设计制作了4组初始缝高比分别为0.2、0.3、0.4、0.5的标准钢筋混凝土三点弯曲梁,对其进行了断裂性能试验研究。根据试验现象分析了裂缝扩展过程,在此基础上建立了断裂韧度计算模型,给出了考虑钢筋限裂作用后的有效裂缝长度计算式。研究结果表明：在引入适应于钢筋混凝土的断裂韧度后,其裂缝扩展过程也可以用双K断裂准则来描述;当试件的初始缝高比大于或等于0.4时,钢筋混凝土三点弯曲梁的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度与初始缝高比无关;声发射参量可以准确地确定试件的起裂荷载值,而且与传统的应变片法相比,声发射信号能更好地反映试件内部真实的起裂状态。     

长龄期中低热混凝土断裂性能试验研究

为了研究水泥种类对长龄期混凝土材料断裂参数的影响,采用楔入劈拉试验和强度试验的方法,再结合双K断裂理论,对比分析低热和中热硅酸盐水泥混凝土的断裂性能。试验结果表明:长龄期低热混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度与中热混凝土的比值分别为1.11、1.07倍;相同初始缝高比条件下,长龄期低热混凝土的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能明显高于中热混凝土;低热和中热混凝土的起裂断裂韧度都与初始缝高比无关,可视为材料的固有参数,失稳断裂韧度随初始缝高比的增加而减小;亚临界裂缝扩展量都随初始缝高比的增加而减小,随初始缝高比的增加,混凝土材料的韧性越差,裂缝扩展越不充分;相同初始缝高比条件下,中低热混凝土的亚临界裂缝扩展量相差不大。     

双裂缝混凝土试件断裂过程试验研究

为了研究不同缝间跨比值（RCSS）混凝土三点弯曲梁试件断裂参数变化规律,并探讨边缝的存在对跨中裂缝断裂特性的影响,以双K断裂理论为基础,设计制作了4组相同初始缝高比、不同缝间跨比值（0、0.1、0.15、0.2）的混凝土三点弯曲梁试件,研究跨中主裂缝起裂韧度和失稳韧度的变化规律.结果表明：起裂韧度随着缝间跨比值的增加而增大,均值从缝间跨比值为0到0.2增加了0.14MPa·m1/2;失稳韧度随着缝间跨比值的增加而减小,均值从缝间跨比值为0到0.2减小了0.09MPa·m1/2;这种变化使混凝土的韧性逐渐减小,脆性逐渐增加.     

非标准混凝土三点弯曲梁双K断裂韧度试验研究

采用跨度和初始缝高比恒定的非标准混凝土三点弯曲梁试件,以双K断裂理论为基础,根据改进的断裂韧度计算方法,通过试验实测试件的荷载与裂缝张口位移全过程曲线,计算不同初始裂缝长度和不同试件截面高度的非标准混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC。试验结果表明：非标准混凝土三点弯曲梁试件的起裂荷载F_ini 、最大荷载F_un以及有效裂缝长度a_c均随跨高比的减小而增大;裂缝亚临界扩展量Δa_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC均与跨高比无关,在试验设计的试件截面高度下为一个常数。     

FRP增强预制裂缝混凝土的断裂性能

为了探讨纤维增强复合材料(FRP)增强预制裂缝混凝土的断裂性能,得到单层FRP对不同裂缝深度混凝土的最佳增强效果,通过相同尺寸、不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4、0.5)的FRP增强预制裂缝混凝土三点弯曲梁断裂试验,基于FRP-混凝土界面黏结滑移模型,得到了FRP增强预制裂缝混凝土三点弯曲梁的断裂性能参数.结果表明:FRP增强预制裂缝混凝土的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线的峰值荷载大于普通混凝土的峰值荷载,且FRP增强预制裂缝混凝土峰值荷载随着初始缝高比的增加先增大后减小;初始缝高比从0.2变化到0.5时,FRP增强预制裂缝混凝土的起裂韧度可认为是常数;随着初始缝高比的增加,FRP增强预制裂缝混凝土的失稳韧度呈先增大后减小的趋势,当初始缝高比为0.4时,失稳韧度达到最大值,表明此时增强效果最佳;相比于普通混凝土失稳荷载后的脆性断裂破坏,FRP增强混凝土断裂破坏过程中的延性得到明显提高.     

超高性能水泥基复合材料动态断裂下承载能力和刚度退化分析

针对超高性能水泥基复合材料和基体砂浆,采用三点弯曲梁进行不同种类纤维、不同尺寸以及不同初始缝高比的静载断裂试验。并且在静载断裂试验的基础上进行初步动态断裂试验。依据双K断裂准则计算断裂参数,分析初始缝高比和不同种类纤维对断裂韧度的影响。研究动态断裂作用下超高性能水泥基复合材料承载能力和刚度的退化规律。试验结果表明:随着初始缝高比的增大,超高性能水泥基复合材料和基体砂浆的起裂断裂韧度表现为不变的趋势,失稳断裂韧度增加。进口纤维在改善极限荷载和增韧效果方面作用明显,国产纤维极限荷载的改善效果优于增韧效果。经过动态断裂作用的超高性能水泥基复合材料承载能力和刚度均有所下降;不带裂缝试件在整个疲劳过程中刚度退化不明显,带裂缝试件在疲劳过程中刚度退化过程可描述为:快-慢-快三个过程。     

缝高比对碾压混凝土名义断裂韧度的影响

对不同缝高比的碾压混凝土试件进行了楔入劈拉试验,通过对名义断裂韧度试验结果进行分析,得到缝高比对碾压混凝土的断裂韧度的影响规律。将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的混凝土断裂韧度尺寸效应公式及基于Hu公式得到的断裂韧度尺寸效应公式结合,确定了碾压混凝土名义断裂韧度在缝高比这一因素影响下的公式。     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究。计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律。结果表明:掺入橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5%~15%的混凝土失稳断裂韧度大于基准混凝土;20%橡胶掺量的混凝土失稳断裂韧度略小于基准混凝土;缝高比相同时,掺粒径为0.3mm橡胶颗粒的混凝土试件失稳断裂韧度高于粒径为0.6mm的橡胶混凝土,表现出更好的断裂韧性;与起裂韧度相比,失稳断裂韧度与橡胶含量的非线性特征更加明显。     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究。计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律。结果表明:掺入橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5%~15%的混凝土失稳断裂韧度大于基准混凝土;20%橡胶掺量的混凝土失稳断裂韧度略小于基准混凝土;缝高比相同时,掺粒径为0.3mm橡胶颗粒的混凝土试件失稳断裂韧度高于粒径为0.6mm的橡胶混凝土,表现出更好的断裂韧性;与起裂韧度相比,失稳断裂韧度与橡胶含量的非线性特征更加明显。     

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.     

高温后页岩轻骨料混凝土断裂特性

为研究页岩轻骨料混凝土Ⅰ型断裂性能随温度的变化规律,对页岩轻骨料混凝土试件进行100,200,300,400 ℃加热处理,自然冷却至常温。采用三点弯曲梁法对15个缝高比为0.4的轻骨料混凝土小梁进行断裂试验,依据荷载-跨中挠度曲线计算断裂能及断裂韧度。结果表明:起裂韧度与失稳韧度均随温度升高先上升后下降,起裂韧度的转折点在200 ℃左右,失稳韧度的转折点在300 ℃左右; 黏聚韧度呈现下降—上升—下降的趋势,其随温度变化规律与起裂韧度、失稳韧度存在较大的关联性,当温度为300 ℃时裂尖端的黏聚力阻止裂缝扩展的能力最为显著; 断裂能呈现出基本不变—增大—减小的3个变化阶段,当温度为200 ℃左右时断裂能达到最大值,断裂能随温度变化规律的拟合曲线上升段为二次抛物线,下降段为直线; 在所研究的温度范围内,页岩轻骨料混凝土的断裂性能受高温影响较为显著; 所得结论为高温状态下轻骨料混凝土结构裂缝扩展研究和结构设计提供了试验依据。     

混凝土裂缝修复的断裂试验研究

采用楔入劈拉法对比了有机材料环氧树脂与无机材料氯氧镁水泥浆两种材料修复混凝土裂缝的有效性。先对混凝土试件进行楔入劈拉试验,获得混凝土的断裂参数,然后采用环氧树脂灌缝胶、氯氧镁水泥浆对试件进行修复,再进行第二次楔入劈拉试验,测定注胶修复后的试件的相应断裂参数,并与初始混凝土试件的相应值进行对比分析,以此来考察并评估环氧树脂、氯氧镁水泥浆与混凝土粘结界面的性能以及两者的修复效果。试验结果表明:试件经过环氧树脂加固后,起裂断裂韧度与失稳断裂韧度得到不同幅度的提高,而氯氧镁水泥浆修复试件则有所下降。说明环氧树脂有效修复裂缝,抑制裂缝的重新开展,达到修复混凝土的效果;而采用氯氧镁水泥浆材料的修复效果没有环氧树脂修复效果好,为工程实际应用提供一些参考。     

冻融循环作用下砂岩三点弯曲断裂性能试验及其破坏形态研究

针对不同初始缝高比砂岩试样的三点弯断裂性能展开冻融循环试验研究,分析砂岩试样断裂破坏面的三维形貌随冻融循环作用的变化规律;同时,探讨试样破坏面的三维粗糙度系数与其起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度、断裂能等参数的关系。研究结果表明:冻融循环作用对砂岩试样起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度和断裂能有不同程度的劣化作用,其劣化作用的程度又受试样初始缝高比的影响。砂岩试样断裂面的粗糙度系数随冻融循环次数、初始缝高比的增大呈增大的趋势。当初始缝高比一定时,粗糙度系数与冻融循环次数呈较为明显的指数函数关系。冻融循环作用下,砂岩试样断裂峰值荷载的损伤因子、断裂韧度的损伤因子与粗糙度系数的增量有着较为显著的线性递增关系。     

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.     

橡胶混凝土断裂韧性试验研究

为研究橡胶混凝土断裂韧度,以C30混凝土为基准混凝土,将橡胶颗粒的粒径、掺量以及试件的缝高比作为变量,制备混凝土试件进行楔入劈拉试验研究.计算得到橡胶混凝土试件起裂韧度及失稳断裂韧度的变化规律.结果 表明:掺人橡胶后,混凝土的起裂韧度有明显降低,橡胶掺量越高降幅越明显,橡胶掺量为5％～15％的混凝土失稳断裂韧度大于基准...     

两种不同加载方法下的混凝土剪切断裂过程对比研究

采用室内试验和数值模拟相结合的方法分析半边对称加载法和四点剪切加载法的联系与区别。首先对不同参数的半边对称加载试件和四点剪切梁分 别进行断裂过程试验,以研究其裂缝扩展形态和断裂韧度;然后通过扩展有限元方法对裂缝尖端应力情况进行分析。结果表明：半边对称加载试件裂缝尖端 剪切应力比垂直于预制缝的张拉应力大得多,裂缝沿着原预制缝方向扩展,断裂韧度与初始缝长无关,但随着试件长度的增加和高度的减小而增大;四点剪 切梁试件裂缝尖端存在大小相当的剪切应力和最大主应力,裂缝起于预制缝尖端,扩展到近加载点位置附近,断裂韧度与试件的几何尺寸无关,随着初始缝 长的增大和近加载点与预制缝截面距离减小而增大。     

环氧树脂修复混凝土裂缝的断裂试验研究

对6个混凝土试件进行楔入劈拉试验,劈裂后采用环氧树脂注胶技术修复试件,然后再次对试件进行楔入劈拉试验,对比两次试验中试件的破坏界面和断裂参数.结果表明：修复后试件破坏界面未发生在黏结界面;试件起裂韧度平均增幅为4706%,失稳断裂韧度、断裂能也有所提高,这说明注胶修复技术能够有效推迟裂缝的再开展,改善混凝土的断裂性能.建议将起裂韧度作为评定注胶修复效果的断裂参数,研究成果可为注胶修复混凝土结构的工程应用提供依据.     

混凝土三点弯曲梁失稳韧度预测方法研究

基于采用起裂韧度扩展准则的三点弯曲梁断裂全过程数值模拟,研究了混凝土失稳韧度的预测方法及其受黏聚力分布的影响.该方法将起裂韧度作为裂缝起裂及扩展的判断标准,通过理论分析及数值迭代计算得到峰值荷载、临界有效裂缝长度及失稳韧度,摆脱了传统方法需要测量临界状态下的断裂参数才能得到失稳韧度的束缚.利用不同尺寸和不同最大骨料粒径的三点弯曲梁试验对本计算方法进行了验证.分析了不同黏聚力分布模型对失稳韧度及裂缝断裂全过程曲线的影响.研究表明本方法可以较好地预测混凝土失稳韧度,黏聚力分布模型对失稳韧度计算结果影响较小。     

全级配大坝混凝土断裂参数的试验研究和计算方法

针对某大坝的实际工程,采用大坝拌和楼出料,浇筑最大骨料粒径为150 mm的全级配混凝土楔入劈拉试件进行断裂试验。在裂缝尖端布置应变片,利用应变回缩法测定起裂荷载Pini。通过改善楔入劈拉试件的支承条件,消除了由外荷载竖向分力引起的附加力矩对裂缝尖端应力场和断裂参数的计算的影响。结合ANSYS软件,精确计算了非标准楔入劈拉试件的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度(即双K断裂参数),并与《水工混凝土断裂试验规程》规定的标准尺寸试件断裂韧度计算结果及基于虚拟裂缝黏聚力理论的解析结果进行对比。结果表明:全级配大坝混凝土的脆性较强,普通混凝土软化曲线的经验参数对全级配混凝土并不适用;在本试验的支承条件下,规程规定的断裂韧度计算公式也适用于大尺寸非标准试件双K断裂参数的计算。