混凝土Ⅱ型断裂与破坏过程的三维非线性有限元数值模拟

本文基于作者及其合作者近年新提出的两端切口Ⅱ型断裂试件几何和相应的应力强度因子公式的基础上 ,建议一种无切口Ⅱ型断裂试件。然后对不同切口长度的Ⅱ型断裂试件和不同高度和宽度的无切口Ⅱ型断裂试件的断裂破坏过程采用以微面模型 (Micro PlaneModel)为基础的三维非线性有限元分析商用程序进行了数值模拟 ,发现无切口试件在韧带上由剪切应力集中引起剪切裂缝后 ,在韧带区形成纯Ⅱ型断裂和剪切裂缝扩展过程。然后较为系统地研究了试件宽度和试件高度对断裂破坏过程和断裂破坏形态的影响     

基于碳纤维混凝土(CFRC)机敏性的三点弯曲梁断裂参数试验研究

针对纤维混凝土软化过程无固定模型和Ⅰ型断裂研究较少的现状,本文利用碳纤维混凝土的机敏性捕捉到了三点弯曲梁试件的起裂荷载。引入双K断裂准则计算了碳纤维混凝土的起裂韧度KUC^ini和失稳韧度KIC^un,认为利用双K断裂准则可以更有效地解释纤维对混凝土的增韧作用。通过对电阻变化率与荷载、挠度和裂缝口张开位移（CMOD）关系的分析,认为碳纤维混凝土机敏性可以较好地应用到三点弯曲梁Ⅰ型断裂的研究中,电阻变化率与荷载、跨中挠度和裂缝口张开位移（CMOD）的关系能较好地符合洛仑兹曲线的关系,该关系可以反映试件在峰值荷载前的弹性变形阶段、裂缝稳定开裂阶段和裂缝失稳开裂阶段。     

混凝土重力坝型试件断裂准则的试验研究

本文用重力坝型试件得到了混凝土Ｖ形切口问题的临界断裂曲线；研究了加载方式对断裂准则的影响，提出了考虑应力表达式多项的最大拉应变准则。     

楔入劈拉法研究混凝土断裂能

混凝土断裂能的尺寸效应一直是研究的热点问题之一。借助于断裂功的概念，目前采用不同的试件形式来测试混凝土断裂能GF。其中，楔人劈拉试件因其在实际操作过程中的诸多优点而有希望成为测试混凝土断裂能GF的标准。本文采用楔入劈拉法研究了试件韧带高度对GF的尺寸效应影响。在测试过程中为得到稳定的荷载位移下降段而采用了柔度测试法。根据RILEM推荐的公式计算混凝土断裂能GF时，对荷载—位移曲线的尾部进行了合理的拟合处理，并考虑了试验夹具自重的影响。结果发现混凝土断裂能GF数值随试件韧带高度的增加有上升的趋势，具有明显的尺寸效应。进一步证实了尺寸效应是传统意义上的混凝土断裂能的属性特征。     

粗骨料含量对环氧树脂修复混凝土断裂性能的影响

通过开展环氧树脂修复混凝土梁的三点弯曲断裂试验,对比研究了混凝土修复前后的断裂性能,分析了粗骨料含量对双K断裂韧度和断裂能的影响.结果表明:环氧树脂修复可大幅提升试件的最大承载力,且临界裂缝口张开位移几乎不受影响.修复后混凝土的断裂性能可得到有效恢复和提升.其中,粗骨料含量为0(砂浆)、18％、36％和54％时,起裂韧...     

混凝土断裂试验中的声发射特性研究

声发射技术作为一种现代无损检测技术,能简便快捷地判别混凝土在受力状态下内部缺陷的产生与发展,是混凝土材料断裂力学研究的重要分析手段和有效的评价途径。文章首先阐述了声发射技术在混凝土检测领域的国内外研究与应用现状,特别是在大坝混凝土领域的研究进展。课题组通过改进现有试验装置和更新改造测量设备,将声发射检测系统引入混凝土双K断裂参数试验中,新装置不仅能够精确控制试验中的加载速率,而且可以实时监测试件的起裂状态,能够准确判断试件的开裂和失稳破坏的时刻和特征。文章根据混凝土断裂临界状态的声发射识别特征,建立了混凝土断裂的声发射判据。试验结果表明,利用声发射特征参量可以准确判断试件的起裂时刻,与传统的应变法测量的起裂时刻吻合的较好,并且这种判据更加直观,便于现场操作,从而为声发射技术在混凝土断裂参数的测试中应用提供了理论与技术支撑。     

混凝土三维复合型断裂准则的研究

本文用杂交有限元法计算了试件的应力强度因子,并设计了混凝土试件的三维复合型新裂试验方案,断裂试验采用单边和环形缝梁型试件和圆柱形试件。对全部试验结果进行整理和分析后,用数理统计的多元回归法得到混凝土的三维断裂准则。     

纳米粒子和钢纤维增强混凝土断裂能研究

为了研究纳米SiO2、钢纤维和预切口小梁试件相对裂缝深度对钢纤维增强纳米混凝土断裂韧性的影响,通过三点弯曲试件断裂试验,测得了试件的断裂能以及竖向荷载与裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移的关系曲线。试验结果表明：钢纤维和纳米SiO2在一定掺量范围内可使混凝土的断裂能提高;当纳米SiO2掺量小于5%时,试件断裂能随着纳米粒子掺量的增加而逐渐增大,而当纳米SiO2掺量超过5%后,试件断裂能随纳米粒子用量增大而逐渐下降;掺纳米粒子混凝土的断裂能随着钢纤维体积掺量的增加逐渐增大,当纤维体积掺量超过2%后又逐渐减小;三点弯曲断裂小梁试件相对切口深度对断裂能有较大影响,随着相对切口深度的增大,试件断裂能逐渐减小。     

岩石-混凝土界面I-II型断裂及声发射特征

通过对岩石-混凝土复合试件进行三点弯曲和四点剪切断裂试验,研究了界面I-II复合型断裂力学行为及声发射(AE)特征.结果表明:(1)岩石-混凝土界面裂纹主要有三种破坏模式.模态比越高,界面粗糙度越大,界面裂缝出现非界面扩展复杂模式的可能性越大.(2)利用声发射特征参量的突变能够有效判断起裂和失稳临界状态,利用平均频率(...     

长期恒荷载作用下混凝土断裂过程的时变特性

大体积混凝土结构的时变断裂行为关系到结构的安全.为研究在长期恒荷载作用下混凝土的时变断裂特性,采用三种尺寸的楔入式紧凑拉伸试件,进行了荷载水平为85％最大荷载的恒定荷载作用下的时变断裂试验.试验结果表明,时变裂缝口张开位移、时变裂缝尖端张开位移与时变裂缝口张开速率均呈现出减速、稳定发展和加速破坏三个阶段的发展特征.与单...     

混杂纤维高强混凝土断裂性能

本文通过30个尺寸为200mm×170mm×100mm的混杂纤维高强混凝土试件的楔劈拉伸试验.探讨钢纤维与聚丙烯纤维混杂效应及其对高强混凝土断裂韧度、断裂能和临界裂缝张开位移的影响.试验结果表明:加入纤维改善了高强混凝土的断裂性能.随着钢纤维体积分数(pf)的增加,断裂参数增益比呈线性增加.聚丙烯纤维在小开裂位移条件下.对高强混凝土的开裂有约束作用,该效应随着位移的增加逐渐消失,钢纤维在混杂纤维高强混凝土断裂性能的改善方面起着主导作用.pf=1.5%、聚丙烯纤维掺量Vf=0.6kg/m3为本次试验配合比条件下的最佳纤维掺量组合.本文在试验的基础上,建立了混杂纤维高强混凝土断裂韧度、断裂能和临界裂缝嘴张开位移的计算公式.     

岩石-混凝土界面Ⅰ-Ⅱ型断裂及声发射特征

通过对岩石-混凝土复合试件进行三点弯曲和四点剪切断裂试验,研究了界面Ⅰ-Ⅱ复合型断裂力学行为及声发射(AE)特征。结果表明:(1)岩石-混凝土界面裂纹主要有三种破坏模式。模态比越高,界面粗糙度越大,界面裂缝出现非界面扩展复杂模式的可能性越大。(2)利用声发射特征参量的突变能够有效判断起裂和失稳临界状态,利用平均频率(AF)、上升时间与幅值之比(RA)两参数比值可量化分析断裂过程的拉剪破裂机制,利用AE事件聚积的方向可预测界面裂缝的扩展方向,从而揭示界面断裂损伤演化规律。(3)试件失稳破坏前夕,声发射信号主频变化明显,低幅低频信号大量剧增且突现不少低幅高频信号,主频有由离散发展为连续的趋势。高模态比时,主频分布的范围相对较大。     

碾压混凝土拱坝诱导缝损伤开裂准则研究

混凝土宏观裂缝失稳扩展前 ,裂缝前缘存在较大范围的损伤区 ,使得线弹性断裂判据失效。本文采用虚拟裂缝模型和连续损伤力学方法 ,计算了断裂过程区的长度和损伤度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点 ,分别将诱导缝简化为穿透形裂缝和椭圆形裂缝 ,应用双K断裂准则 ,计算了诱导缝起始扩展和失稳扩展时的等效损伤度和等效应变 ,建立了碾压混凝土拱坝诱导缝的损伤开裂准则     

不同含水率混凝土断裂韧度试验研究

混凝土结构常处于不同湿度状态,而不同湿度(含水率)对混凝土断裂特性有显著影响。采用电热恒温鼓风干燥箱对C15、C20、C30混凝土三点弯曲梁试件进行干燥,将干燥后试件分别浸泡3、10、24、48、72、120、240 h,使试件达到不同含水率状态后,进行三点弯曲梁断裂试验,并建立不同强度等级混凝土断裂韧度关于含水率的预测公式。研究结果表明:含水率对混凝土断裂韧度影响明显,随含水率增大而降低,饱和混凝土较干燥状态最大降幅达57%;实测P–CMOD关系曲线明显存在起裂前的线弹性阶段、裂缝稳定扩展的非线性阶段、裂缝失稳扩展阶段,随含水率的增大,线弹性阶段逐渐变短、稳定扩展阶段加长、失稳扩展阶段曲线下降趋势变缓,且临界荷载对应的切口张开位移和加载点位移均减小,表现为试件变形能力降低、韧性减弱。     

混凝土起裂韧度与断裂韧度的关系

本文首先简单地介绍了混凝土双Ｋ断裂准则,通过对不同试件形式、不同试尺寸、不同厚度、不同体积、不同初始裂缝长度下起裂荷载、起裂韧度与最大荷载、断裂韧度关系的统计分析发现;起裂韧度与断裂韧并不是两个独立的材料参数。在混凝土软化模式一定的前提下,由其中的一个可以方便地推出另一个。     

三点弯曲梁法研究砼双K断裂参数及其尺寸效应

本文采用三点弯曲梁试件利用在试验中测得的最大荷载Ｐｍａｘ及对应的裂缝口张开位移ＣＭＯＤｃ等参数,根据虚拟裂缝模型求得了砼裂缝亚临界扩展量Δａｃ、起裂断裂韧度Ｋ＾ｉｎｉＩＣ、失稳断裂韧度Ｋ＾ｕｎＩＣ（即双Ｋ断裂参数）及临界裂缝尖端张开位移ＣＴＯＤｃ。结果表明,砼双Ｋ断裂参数及ＣＴＯＤｃ均与试件尺寸无关,可以作为描述砼结构裂缝的起裂、稳定扩展及失稳断裂全过程的材料常数,而且试验方法简单,无需加卸载过程     

CFRP加固混凝土梁断裂特性的试验研究

本文通过混凝土三点弯曲梁的外贴碳纤维布(CFRP)加固试验,研究外贴CFRP对混凝土梁断裂特性的影响.试验通过在混凝土表面粘贴应变片法监测混凝土的起裂,由夹式引伸仪测得荷载.裂缝口张开位移曲线,发现该曲线除混凝土起裂点外,还存在另外两个临界点.在此基础上,基于虚拟裂缝模型计算了三个临界点的应力强度因子.试验结果表明,外贴CFRP加固混凝土梁能明显提高梁的极限承载力和延性;减小梁的挠度,同时可延缓混凝土裂缝的扩展.另外,计算分析得到的三个临界点的应力强度因子无明显尺寸效应,可以用来表征CFRP加固混凝土梁的断裂特性.     

基于声发射技术的含初始缺陷混凝土破坏分析

初始缺陷对混凝土的变形和破坏特性有着重要的影响。本文对含有不同尺寸、不同倾斜角度初始缺陷的混凝土试件进行单轴压缩试验,并基于声发射技术分析混凝土的变形和破坏特性。试验结果表明:(1)与完整试件相比,含有初始缺陷的混凝土试件对应的峰值应力和峰值应变均减小,应力应变曲线在加载初期表现出较为明显的上凹趋势,卸载段曲线更为平缓,但是残余强度的变化没有明显规律。(2)含有初始缺陷的混凝土试件破坏过程可分为4个阶段:裂缝萌生、扩展、聚结、贯穿破坏。(3)当初始缺陷的倾斜角度为0°和90°时,混凝土试件主要以拉伸破坏为主,当初始缺陷的角度为30°、45°和60°时,混凝土试件沿着初始缺陷方向发生剪切破坏。     

钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切性能试验研究

采用Z型粘结试件直接剪切试验,研究钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切性能.分析了新混凝土钢纤维体积率、界面粗糙度、界面剂种类等对粘结面剪切性能的影响,得到了粘结面剪切应力-剪切滑移曲线.结果表明,钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切强度随界面粗糙度的增大而增加;不同的界面剂对粘结剪切强度有不同的影响;钢纤维改善了新老混凝土粘结面的剪切变形性能,在钢纤维体积率的一定范围内,随钢纤维体积率的增加,钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切强度、相对剪切极限变形均不断增加.在试验基础上,提出钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切应力-位移关系式和钢纤维混凝土与老混凝土粘结剪切强度的计算式.     

基于电子散斑干涉技术的混凝土裂纹扩展特性研究

由于存在断裂过程区,混凝土材料的断裂行为表现出一定的非线性,材料的断裂性能对水工结构的承载力和耐久性评估至关重要。为了研究混凝土的非线性断裂行为,对带预制切口的混凝土梁进行三点弯曲试验,采用电子散斑干涉（ESPI）技术获得梁表面的位移场。通过分析梁试件在15个加载步下的裂纹扩展状态,即COD（裂纹张开位移）与a（裂缝长度）的关系,分析混凝土裂纹扩展规律。鉴于线弹性断裂力学（LEFM）公式不适用于裂纹尖端附近的位移计算,在ESPI测量结果的基础上,通过对COD-a曲线进行分段分析,建立了适用于裂缝全长度的COD-a的函数关系式。