全级配混凝土单轴疲劳特性细观数值模拟

为研究全级配混凝土在等幅、变幅及阶梯重复荷载作用下的疲劳特性,揭示材料特性与疲劳应力水平对其疲劳寿命的影响规律,通过自编程序建立二维随机骨料模型,运用有限元软件和耐久性疲劳分析软件进行联合仿真,对全级配混凝土细观结构进行应力分析和疲劳分析,探讨了不同骨料分布、骨料形状及疲劳应力水平对混凝土疲劳性能的影响,并估算了疲劳寿命。结果表明:在阶梯重复荷载作用下,骨料形状和分布对混凝土疲劳寿命影响较小,而疲劳应力水平对疲劳寿命影响较大;圆形和椭圆形骨料混凝土疲劳寿命较高,多边形骨料寿命较低;在疲劳加载破坏过程中,骨料界面先起裂,然后裂纹逐渐扩展贯通,最后导致整个试件完全破坏,可见骨料界面是混凝土中的薄弱部位,其寿命直接影响整个混凝土试件的寿命。研究成果为后续混凝土疲劳性能研究提供了参考。     

单裂缝混凝土结构水力劈裂试验

针对不同强度单裂缝混凝土试件开展了两组应力状态下的水力劈裂试验,研究了应力状态、荷载施加方式对试件裂缝扩展过程的影响,分析了裂缝扩展路径上缝内水压演化规律,拟合得到了混凝土试件临界劈裂水压预测模型的定量关系式。试验结果表明,两组不同应力状态下的试件均发生水力劈裂破坏;临界劈裂水压值与轴压的差值均小于试件的劈拉强度值;试件水压尖端的发展滞后于干裂缝的发展。     

钢绞线腐蚀对部分预应力混凝土梁 疲劳寿命的影响分析

为研究钢绞线腐蚀对部分预应力混凝土梁疲劳寿命影响,对实际公路工程中的部分预应力混 凝土梁的疲劳破坏进行了模型试验。基于分段线性的原理,考虑应力重分布修正及残余应力的影响,以 混凝土弯曲受压变形模量和钢筋有效面积为疲劳损伤参数并对疲劳循环控制截面进行应力分析并计算 试验梁的疲劳寿命。结果表明:钢绞线受腐蚀的部分预应力混凝土梁的失效往往源于钢绞线的疲劳断 裂,钢绞线腐蚀率影响着部分预应力混凝土梁的疲劳寿命;分析计算得到的钢筋和钢绞线应力值与试验 结果基本吻合;考虑钢绞线腐蚀疲劳强度折减的试验梁的疲劳寿命计算值与试验结果误差较小。     

冻融循环后湿筛混凝土强度试验与破坏准则研究

采用快速冻融法,对湿筛混凝土试件进行了冻融循环。利用大型动三轴试验机,对冻融循环后的湿筛混凝土试件进行单轴压和4种应力比的双轴压试验,观察试件的破坏形态和表面裂缝分布情况,测得双轴主压方向的极限强度,剖析了冻融循环次数和应力比对极限强度的影响规律。 试验结果表明：随冻融循环次数的增加,湿筛混凝土的双轴压极限强度呈非线性降低;在冻融循环次数相同的情况下,双轴压极限强度相对于其单轴强度均有所提高,而提高幅度取决于应力比。提出了带有冻融循环次数和应力比参数的修正湿筛混凝土破坏准则公式,可为寒冷地区的海洋工程、水工结构强度分析和寿命预测提供理论依据。     

疲劳荷载下纤维编织网增强混凝土加固RC 梁的弯曲性能

为了研究纤维编织网增强混凝土(TRC)加固方式、配网率、梁的损伤程度对TRC加固RC梁疲劳性能的影响,对7根梁进行了弯曲疲劳试验。其中,1根梁不加固、3根梁采用三面加固(U型加固)、3根梁采用单面加固。试验结果表明:TRC加固梁在疲劳荷载作用下与其在静载作用下有着不同的破坏形态。加固梁的疲劳寿命与配网率的大小有关,当配网率较低时,加固梁的疲劳寿命与未加固梁的几乎相当;当配网率大于某一值时,加固梁的疲劳寿命随着配网率的增大而提高。同样配网率下,单面加固方式对疲劳寿命的提高、纯弯段弯曲裂缝的控制优于U型加固,而U型加固对斜裂缝的控制优于单面加固。TRC对损伤梁有较好的加固效果,损伤程度的大小会影响梁加固后的疲劳寿命。     

短碳纤维混凝土低周疲劳断裂特性的试验研究

对于碳纤维混凝土带切口三点弯曲梁试件，测定了其在静载下的断裂参数，用测定柔度的方法研究了循环加载历史对碳纤维混凝土断裂参数的影响规律，试验研究了碳纤维混凝土的疲劳断裂特性。试验结果表明：当预疲劳加载幅值超过某一阈值后，碳纤维混凝土的断裂参数有所降低，这些参数是与预疲劳幅值有关的物理量，裂缝亚临界扩展长度与疲劳寿命无关，碳纤维混凝土的疲劳断裂寿命是素混凝土的2.1～2.8倍，能量吸收是素混凝土的9.5～13.2倍。     

混凝土结构内锈蚀钢筋的疲劳研究综述

腐蚀环境和反复荷载共同作用下混凝土结构的疲劳问题愈发突出,特别是混凝土结构在荷载作用下产生和发展的裂缝为腐蚀介质提供了快速传输通道,引起开裂区域钢筋局部坑蚀。动态荷载作用下疲劳裂纹在蚀坑底部形成并扩展,导致钢筋脆性断裂,进而导致混凝土构件的疲劳失效。回顾并分析了混凝土裂缝对钢筋疲劳性能的影响、坑蚀钢筋疲劳性能研究进展和基于弱磁效应的钢筋疲劳研究,指出掌握坑蚀钢筋的裂纹扩展行为是进行服役混凝土结构疲劳寿命预测的关键。弱磁效应能够实时地表征锈蚀钢筋的疲劳断裂行为,建立基于弱磁理论的锈蚀钢筋等效裂纹扩展长度和应力强度因子变幅表征方法,是服役钢筋混凝土结构疲劳寿命预测的一个创新方法。     

混凝土非标准楔入劈拉试件断裂参数的确定

目前混凝土非标准楔入劈拉试件还没有一个合适的确定裂缝尖端断裂参数公式,通常的方法是借用紧凑拉伸试件的应力强度因子公式,不便于应用。文中利用有限元程序,对在不同高度以及不同初始缝高比条件下非标准楔入劈拉试件进行了模拟。得到了裂缝尖端的应力强度因子公式以及裂缝张口位移曲线。分析结果及举例表明,非标准楔入劈拉实验断裂参数确定模型是可靠的。断裂韧度不随试件尺寸变化,是材料常数;裂缝扩展量不受初始裂缝长度影响,而随着试件高度的增加而增长。     

橡胶混凝土弯曲疲劳性能研究

为研究橡胶混凝土的弯曲疲劳性能,将粒径为0.54 mm的橡胶颗粒以不同掺量掺入混凝土中,制成橡胶混凝土试件进行轴压试验与轴拉试验,测其应力-应变曲线,计算出弹性模量和泊松比。进行四点弯曲静载试验及ABAQUS数值模拟,得到极限荷载、峰值挠度和荷载-挠度曲线,试验结果与数值模拟结果较接近,验证了数值模型的可靠性。使用疲劳软件Fe-safe分析等幅及变幅加载下橡胶混凝土弯曲疲劳寿命,结果表明:无论是普通混凝土还是橡胶混凝土,在等幅循环荷载下,应力水平越高,弯曲疲劳寿命越低;各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命都比普通混凝土的大,且橡胶掺量越多弯曲疲劳寿命越大;在变幅荷载作用下,随着橡胶掺量的增大,混凝土的弯曲疲劳寿命也越大;随着变幅等级增多,各掺量下橡胶混凝土的弯曲疲劳寿命均降低,且变幅等级越多,弯曲疲劳寿命越低。     

1Cr18Ni9Ti板状光滑试样应变疲劳特性试验

研究了１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ板状光滑试样的应变疲劳性能，试验结果表明，该材料为循环应变硬化材料，并得到描述其应变疲劳特性的循环应变硬化曲线，循环应力－应变曲线和应变－寿命曲线，以及它们的曲线方程，为局部应力－应变法预测构件疲劳寿命提供了依据。     

十字型焊接接头疲劳强度的计算机模拟

利用Monte-carlo方法，对十字型焊接接头的疲劳强度断裂行为进行了计算机模拟，在焊接接头几何尺寸、初始缺陷及裂纹形状的统计分析、断裂韧性及da/dn测试、应力参数分析及裂纹应力强度因子计算的基础上，利用计算机模拟的方法得到了十字型焊接接头的P—S—N曲线。     

基于粘结滑移的衬砌裂缝宽度计算模型研究

基于粘结滑移理论提出了一种“实体单元-影子节点-梁单元”的传力体系。以某一模型试验为例,将钢筋混凝土衬砌采用分离式建模并构建此传力体系。通过有限元计算求得受力钢筋的应力,结合规范的计算公式求出裂缝的最大宽度。与试验结果进行对比,验证了有限元建模运用此传力体系并结合规范公式计算最大裂缝宽度的可行性,可为同类工程最大裂缝宽度提供一种新的计算方法。     

钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程模拟

改进后的扩展有限元法位移函数能够更好地反映真实的裂缝尖端渐近位移场,而且无需后处理便可求得应力强度因子,从而为分析裂缝扩展过程提供了便利。为研究钢筋混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程的规律,采用改进后的扩展有限元方法模拟了不同配筋率和不同钢筋位置的三点弯曲梁。文中阐述了改进后扩展有限元法的基本原理,利用虚功原理推导了其支配方程,并介绍了钢筋混凝土三点弯曲梁的应力强度因子计算方法。研究表明:对于超筋结构,起裂断裂韧度与试件配筋率无关;钢筋处于临界位置时起裂韧度与失稳韧度均达到最小值0.567和1.666 9 MPa·m0.5,且钢筋贯穿裂缝时的断裂韧度小于钢筋未贯穿裂缝时的值,对含有宏观裂缝的结构进行锚杆加固时应将锚杆置于裂缝前端。     

混凝土结构疲劳寿命的尺寸效应研究

混凝土结构的强度及其断裂参数存在尺寸效应这一规律,本文在此基础上以弹塑性断裂理论为基础,提出了基于J积分混凝土的疲劳裂纹扩展率工程计算方法,并推导出了D-M模型下的混凝土疲劳寿命工程计算公式,此公式涉及到尺寸对于寿命的影响,并得出了混凝土疲劳寿命的尺寸效应。     

钢筋腐蚀疲劳共同作用机理与寿命预测

为了准确计算钢筋腐蚀疲劳寿命,依据金属力学、电化学、断裂力学的基本原理,对混凝土中脱钝钢筋的腐蚀介质和疲劳荷载共同作用交互机理进行研究,建立脱钝后钢筋在疲劳荷载作用下同时考虑弹性变形、塑性变形和电化学作用的钢筋腐蚀速率模型,在此基础上构建了圆柱形钢筋腐蚀疲劳应力强度因子幅值的计算模型。定量分析了腐蚀疲劳裂纹扩展门槛值的理论计算模型以及钢筋腐蚀疲劳裂纹扩展模型,提出了腐蚀介质和疲劳荷载共同作用下钢筋寿命预测模式。利用已有文献中钢棒腐蚀疲劳试验结果对本文提出的模型以及寿命预测模式进行验证,结果表明,pH=2.5~12时钢棒腐蚀疲劳寿命计算值与试验值吻合较好,还揭示了疲劳荷载对钢筋腐蚀速度影响规律。     

碾压混凝土坝诱导缝的断裂分析

本文采用三维有限元分析模型分别对矩形和椭圆形诱导片裂尖的应力强度因子进行了计算，结果表明两种模型的计算结果比较接近，但椭圆形计算公式便于应用。对无限体内含椭圆形包体的理论公式进行修正，得到了有限体内含椭圆形包体的公式。在此基础上，利用有限元分析结果和双因素回归分析建立了考虑有限体、试件尺寸类型和削弱度影响的双向间隔诱导缝应力强度因子的计算公式，便于碾压混凝土坝诱导缝的设计计算。     

水工混凝土构件配置高强钢筋后裂缝计算研究

为了研究水工混凝土构件配置高强钢筋后裂缝计算公式,从而对《水工混凝土结构设计规范》(SL191-2008)中裂缝计算公式修正提供参考,本文对32根高强钢筋混凝土梁进行了受弯试验研究,分析其裂缝发展性能,结合收集到的其他研究者同类试验裂缝数据共计167组,从水工角度对该类构件的裂缝宽度计算进行了统计分析。结果表明:此类高强钢筋混凝土构件裂缝发展规律同普通钢筋混凝土构件相同。但是,构件短期效应下最大裂缝宽度实测值大于2008水工规范计算值。为此,本文基于以上试验数据给出了与试验数据符合良好的裂缝宽度计算公式。这些公式不仅可以用于配置高强钢筋水工混凝土构件的裂缝计算,而且还可以作为《水工混凝土结构设计规范》修订参考。     

简支组合梁长期变形下混凝土收缩模式研究

长期荷载作用下,钢-混凝土组合梁会因混凝土的收缩而产生附加变形,我国现行规范均未详细考虑这一附加变形对组合梁长期变形的影响。分析研究了国内外文献中有关混凝土收缩的计算理论,基于澳洲规范(AS3600-1988)建立了考虑混凝土收缩应变的组合梁附加挠度计算式,对实际工程中的2根典型组合梁进行了实际收缩效应的计算,利用有限差分模拟分析软件FLAC3D对组合梁在收缩效应下的变形进行了模拟计算,并对各项计算结果进行了分析比较。计算结果、FLAC3D数值模拟结果及实测数据的对比分析表明,该计算式的计算值与模拟值和实测值最为接近,可用于组合梁长期附加挠度的计算分析。     

基于ANSYS的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝应力强度因子计算

坝踵Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝是否危及坝体安全,可以通过计算缝端应力强度因子用断裂判据判断裂缝稳定性来分析。由于计算前不能确定裂缝处于压剪还是拉剪状态,可以先用ANSYS软件算出缝端网格群奇异单元缝岸上三个结点在局部坐标下的位移分量,然后代入相应的公式算出应力强度因子。实例计算结果较为合理,为Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝应力强度因子计算提供了一个合理的计算方法。