砼非标准三点弯曲梁试件双Ｋ断裂参数

采用跨高比为２．５的非标准三点弯曲梁试件,利用在试验中测得的最大荷载Pmax对应的裂缝口张开位移ＣＭＯＤc,根据渐近线性叠加假设,求得了砼缝亚临界扩展量△ac.在此基础上,采用虚拟裂缝模型计算了不同初始缝长,不同试件高度的砼非标准三点弯曲梁试件的起裂断裂韧度Ｋ^iniIC,失稳断裂度Ｋ^umIC及临界裂缝尖端张开位移ＣＴＯＤc,计算结果表明,砼Ｋ^umIC与试件高度及初始缝高比无关,而Ｋ^iniIC在初始缝高比a0/h=0.3-0.5内,也是一稳定的常数且试件高度无关,这说明砼双Ｋ断裂参数可作为砼的材料常数。     

岩石与混凝土I—Ⅱ复合型界面裂缝临界断裂曲线的研究

用杂交元计算了双材料试件界面裂缝的应力强度因子，采用梁型试件及坝型试件，通过试验研究得到了岩石与混凝土Ｉ－Ⅱ复合型界面裂缝的临界断裂曲线，试验表明，坝型试件的Ｋｉｃ值较梁型试件的ＫＩＣ大。     

基于虚拟裂缝模型求解混凝土等效断裂韧度的实用解析方法

主裂缝亚临界扩展所形成的虚拟裂缝区的粘聚力是影响混凝土断裂韧度尺寸相关性的重要因素。根据混凝土准脆性材料的断裂特性,建立了一种基于虚拟裂缝模型的求解混凝土等效断裂韧度的实用解析方法。首先根据复合材料力学和线弹性断裂力学的基本原理,将虚拟裂缝的粘聚力作为相应的边界条件,运用修正的剪滞理论,分区引入变异层,建立了分层剪滞模型;然后根据能量法则,推导出求解混凝土等效断裂韧度的解析计算模式;最后针对相关试验的数值解,得到了混凝土等效断裂韧度的解析解。结果表明,对于不同的子层数,体积系列试件的混凝土等效断裂韧度均方差和变异系数分别低于0.0398和0.0384,高度系列试件的混凝土等效断裂韧度均方差和变异系数分别低于0.0394和0.0363,从而证明了混凝土等效断裂韧度是与试件尺寸无关的断裂参数;且与数值解相比,解析解的均方差和变异系数更小,证明了本文解析方法具有更好的鲁棒性。由此得出结论,基于虚拟裂缝模型所建立的解析模式为求解混凝土等效断裂韧度提供了一种可靠的、实用的解析方法。     

全级配混凝土I型裂缝扩展全过程数值模拟

该文将起裂断裂韧度作为裂缝扩展的判定依据,应用ANSYS软件,对全级配混凝土I型裂缝扩展过程进行数值模拟,分别计算了混凝土楔入劈拉试件的荷载-裂缝口张开位移曲线、临界裂缝长度和双K 断裂韧度,并与溪洛渡大坝的断裂试验结果进行比较,吻合良好。同时,结合试验数据,将该文计算结果与《水工混凝土断裂试验规程》规定的标准尺寸试件断裂参数计算结果进行对比。结果表明:规程规定的方法也适用于大尺寸非标准试件双K 断裂参数的计算,其误差率在5%以内。此外,对于全级配混凝土,只要通过试验测得其弹性模量、抗拉强度、抗压强度和起裂荷载,即可用该文提出的方法计算混凝土的双K 断裂韧度和裂缝扩展全过程。应用该方法还可以得到全级配混凝土的K_R阻力曲线。     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石断裂性能试验研究

通过30个尺寸为100mm×100mm×515mm的聚丙烯纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石三点弯曲试件断裂试验,探讨了聚丙烯纤维对水泥稳定碎石断裂韧度(KIC)、断裂能(GF)、临界裂缝嘴张开位移(CMODC)、临界裂缝尖端张开位移(CTODC)、极限裂缝嘴张开位移(CMODmax)和极限裂缝尖端张开位移(CTODmax)的影响。试验结果表明:聚丙烯纤维的掺入可增大水泥稳定碎石的断裂韧度、断裂能、临界裂缝嘴张开位移、极限裂缝嘴张开位移、临界裂缝尖端张开位移和极限裂缝尖端张开位移;随着聚丙烯纤维体积掺量的增加,断裂韧度、临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端位移的变化无明显规律,但断裂能、极限裂缝嘴张开位移和极限裂缝尖端位移基本上呈线性增加的。     

求解混凝土等效断裂韧度的小波基无单元方法

考虑混凝土主裂缝亚临界扩展长度及虚拟裂缝区粘聚力,利用,积分与应力强度因子的解析关系,建立基于小波基无单元方法求解混凝土等效断裂韧度的数值方法,研究不同基底小波分辨率对混凝土等效断裂韧度计算值的影响。对8个带裂缝试件的混凝土等效断裂韧度的计算结果表明:在相同小波基分辨率下,4根体积系列试件的计算值的均方差和变异系数分别小于0.0244和0.0231,4根高度系列试件的计算值的均方差和变异系数分别小于0.0384和0.0362,计算结果的一致性好;与解析解相比,8个试件的计算值的最大相对误差均在5%左右,计算结果的精度高;且不同小波基分辨率对计算结果影响不大。由此得出结论,小波基无单元方法是求解混凝土等效断裂韧度的一种可靠的高精度数值方法,可以作为混凝土断裂力学的一种有力的计算工具。     

采用无缝试件确定混凝土岩石的断裂韧度

该文建立了由无缝试件确定混凝土和岩石断裂韧度的理论模型及其解析表达式。该模型考虑了混凝土骨料粒径与岩石颗粒尺寸的重要影响,仅需小尺寸无缝试件的峰值荷载,即可直接确定出无尺寸效应的混凝土与岩石的断裂韧度。进一步,进行了含不同裂缝长度的岩石试件的系列断裂试验,研究结果表明:基于该文模型由无缝试件确定的岩石断裂韧度,与采用含1 mm预制浅裂缝试件的确定结果相吻合,与基于回归分析方法由含不同长度预制裂缝试件确定的断裂韧度基本一致。同时,基于所提模型,对其他学者完成的岩石与混凝土无缝与含缝试件的试验成果进行了深入分析,验证了所提模型与方法的合理性及适用性。该文研究为由实验室小尺寸无缝试件确定混凝土与岩石无尺寸效应的断裂韧度提供了新思路。     

新老混凝土粘结面断裂损伤过程区研究

在新老混凝土粘结面断裂性能试验的基础上,建立了新老混凝土粘结面断裂破坏模式,分析讨论了界面层特性及界面微裂缝扩展对新老混凝土粘结面断裂性能的影响。建立了新老混凝土粘结面带状微裂缝断裂过程区模型,根据该模型可求出断裂过程区尺寸。结合裂缝过程区的荷载~应变试验结果,用临界断裂韧度对新老混凝土粘结断裂韧度进行了断裂过程区影响修正。     

混凝土非线性断裂韧度G_(Ic)及其尺寸效应

就混凝土而言，在裂缝失稳扩展前，由于裂缝尖端的微裂区而产生非线性变形并伴有裂缝的亚临界扩展。这种非线性变形与亚临界扩展，使混凝土材料在断裂前吸收更多的能量。本文从试验得出的荷载－位移的非线性曲线出发，求得了材料抵抗裂缝扩展的非线性断裂韧度，并探讨了试件缝高比及高度对的影响。     

几何与非几何相似试件确定混凝土韧度及强度

几何相似与非几何相似试件,分别为尺寸效应与边界效应模型的推荐试件型式。考虑尺寸效应和边界效应模型的各自特点与优势,提出了改进的混凝土离散颗粒断裂模型。基于几何相似与非几何相似两类试件的断裂试验,确定出混凝土的材料参数——断裂韧度与拉伸强度,并与试验强度值及由尺寸效应模型确定的断裂韧度进行了比较。结果表明:当韧带高度(W-a0)与骨料代表尺寸di的比值约为10时,对应的断裂韧度与拉伸强度的确定曲线的相关系数最佳,且与试验强度值、尺寸效应模型断裂韧度计算值吻合较好。采用几何相似、非几何相似、几何与非几何相似试件确定的混凝土材料参数,分别建立了不同情况下混凝土断裂破坏设计预测曲线,其±20%即可涵盖全部试验数据。基于统计归纳,可取虚拟裂缝扩展量Δafic=ndi和特征裂缝长度a*∞=0.5di,进而建立了峰值荷载与断裂韧度、峰值荷载与拉伸强度的解析关系式,实现了由实测峰值荷载直接确定出混凝土的断裂韧度与拉伸强度的目的,预测值的±15%可涵盖所有试验数据。基于解析公式,预测了满足线弹性断裂的大尺寸真实结构的峰值状态。     

基于非接触式观测技术的再生骨料混凝土断裂性能分析

采用非接触式观测技术(DIC)和传统电测法,对不同再生粗骨料取代率(0％、30％、50％、70％、100％)的混凝土进行三点弯曲梁断裂性能试验,得到双K断裂参数、裂缝口张开位移(CMOD)、裂缝尖端张口位移(CTOD)、裂缝扩展长度(△a)以及裂缝扩展路径,验证DIC非接触观测技术的有效性.结果表明:当再生骨料取代率为...     

混凝土断裂及亚临界扩展的细观机制

通过模型和三点弯曲断裂SEM试验,详细研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展的细观机理。结果表明:混凝土断裂是一个复杂的不规则过程,存在明显的亚临界扩展现象。混凝土亚临界扩展路径是曲折的,并非经典断裂力学假定的平直路径,混凝土亚临界扩展和临界失稳扩展呈现分形特征。用起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,来描述混凝土抵抗初裂和临界失稳扩展的能力。给出了考虑亚临界扩展弯折效应的混凝土亚临界扩展长度、混凝土起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,的计算表达式。计算表明:混凝土失稳断裂时的分形等效断裂韧性feICK ,与混凝土亚临界扩展的分维数D成正比。     

混凝土断裂过程区长度计算方法研究

该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明:断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。     

大初始缝高比混凝土试件双K断裂参数的试验研究

双K 断裂准则能够定量描述混凝土裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。该文采用混凝土三点弯曲梁试件,通过在试验中测得的起裂荷载P_ini、最大荷载P_max及临界裂缝口张开位移CMOD_C计算了初始缝高比为0.3~0.9共7组试件的起裂断裂韧度K_ICini 和失稳断裂韧度K_ICun 。结果表明,当初始缝高比为0.3~0.7时,混凝土裂缝扩展经历起裂、稳定扩展和失稳破坏3 个阶段,双K 参数均是与初始缝高比无关的材料参数;当初始缝高比大于或等于0.8 时,混凝土裂缝起裂后便进入失稳扩展阶段,起裂荷载即为最大荷载,且计算得到的K_ICini 仍与初始缝高比无关。因此,在确定K_ICini 时,仅需测得初始缝高比大于或等于0.8试件的P_max,将P_max作为P_ini直接计算得到K_ICini。同以往的试验方法相比,其结果更为准确且试验方法简单。     

混凝土I型裂缝扩展准则比较研究

针对混凝土I型裂缝扩展问题,分别采用以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则、最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则,数值模拟了强度等级C20、C40、C60、C80和C100的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展全过程,获取了试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线并与试验结果进行了比较。结果表明,三种准则中以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算得到的峰值荷载及P-CMOD全曲线与试验结果差别最小。随着混凝土强度等级的提高,最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则计算出的P-CMOD曲线与试验结果相比均有较为明显的偏离,但以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算结果与试验曲线更为吻合。试验与计算结果表明,以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则更适用于不同强度混凝土材料的断裂分析。     

Estimation of fracture toughness, driving force, and fracture energy for fractal cracks using the method of imaginary smooth crack

Theoretical expressions of the fracture toughness, driving force and fracture energy are derived for a perfect infinite plate with a solitary self-similar fractal crack of mode I considering the fractal effects of cracks in this work. The specific surface energy per unit fractal measure for concrete is fit based on test data. Thus, behaviors of the above four fracture parameters for concrete are studied as varying the initial length of the fractal crack.     

R-curves characterisation analysis for asphalt concrete

Fracture tests, especially at lower testing temperatures, have become quite popular in quantifying low-temperature cracking. However, current fracture testing analysis methods often use a single number, such as fracture energy or fracture toughness, to quantify cracking resistance. These tests do not capture both the initiation and propagation of the crack. The Resistance Curve, or R-curve, is widely applied in many fields, such as metal, polymer and composites. The R-curve considers cracking resistance as a function of crack extension, which includes initiation and propagation. In this research, three asphalt concrete mixtures, including hot mix, hot mix with reclaimed asphalt pavement (RAP) and warm mix with RAP were tested at two temperatures, three levels of ageing and two levels of moisture condition by the Semi-Circular Bend fracture test. R-curves were constructed using the data from the fracture test, and digital images were utilised to capture the crack extension. In addition to capturing the traditional fracture energy, two new parameters were explored using the R-curves: the cohesive energy and the propagation parameter energy rate. It was found that cohesive energy was always in a narrow range (approximately 500–1000 J/m²) compared to the fracture energy range (approximately 500–1700 J/m²) over all combinations of ageing and moisture conditions, which indicates that the crack initiation may not be as sensitive to temperature, ageing and moisture as fracture energy. The results of energy rate indicated that moisture and short-term ageing impact the crack propagation by reducing the resistance of crack growth. These results proved that R-curves are a potentially useful tool to quantify the cracking resistance of asphalt concrete in both crack initiation and propagation.     

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...     

Fracture toughness of concrete determined on large specimens

It has often been questioned whether linear elastic fracture mechanics can be applied to describe crack propagation and failure of concrete. An important argument is that most test results are obtained on specimens too small to be representative of a material with a composite structure such as concrete. Large specimens with four different geometries have been prepared and tested. Crack length was increased under controlled conditions to at least 250 mm. It was found that fracture toughness increases initially as a crack propagates, but that a length-independent value is reached asymptotically. Within the range of accuracy, asymptotic values obtained with the four different geometries were the same. It is concluded that failure of large size concrete elements can be predicted realistically on the basis of linear elastic fracture mechanics. For comparatively small specimens, however, an approach which takes total fracture energy into consideration (for instance the fictitious crack model) is more appropriate. It is pointed out that the role of subcritical crack growth on fracture toughness needs further investigation.