基于尺寸效应的混凝土有效裂缝扩展量研究

根据混凝土材料断裂过程区存在尺寸效应这一特点，结合断裂韧度尺寸效应公式对混凝土有效裂缝扩展长度做了相应的研究，得到了基于尺寸效应规律的有效裂缝扩展长度的表达式。运用该公式对已有试验资料进行分析比较，得出此公式适用于单直线软化模型，不适用于双直线软化模型的结论。     

碾压混凝土断裂特性与诱导缝开裂条件研究

为了研究碾压混凝土的断裂特性和诱导缝的开裂条件,对多组碾压混凝土试件进行3点弯曲梁断裂试验,获得了碾压混凝土的抗拉、抗压强度,断裂韧度和断裂能,以及荷载-加载点挠度曲线、荷载-缝端开度曲线。根据断裂韧度和应力强度因子的关系,建立了结构模型中诱导缝的开裂相似条件。通过3点弯曲梁的非线性开裂计算,由试验测得的荷载-挠度曲线推求出材料的拉应变软化曲线,并将材料的单轴抗拉强度修正为三维状态下的抗拉强度,最终建立了基于虚拟裂缝模型的诱导缝开裂计算条件。试验研究和计算分析所获得的碾压混凝土的开裂特性和开裂条件应用于沙牌碾压混凝土高拱坝的结构模型试验和数值计算中,为研究混凝土高拱坝的开裂和破坏机理提供基本依据。     

碾压混凝土层面断裂及劈拉破坏试验研究

通过用不同工况的碾压混凝土试件近似模拟碾压混凝土初凝前层面、中间型层面和终凝后层面及本体形式并进行Ⅰ型断裂试验。通过对试验结果进行分析，总结了各种层面形式的断裂韧度的规律，比较了层面处理方式和间隔时间对于层面断裂性能的影响。同时进行了层面劈拉试验，并比较了层面Ⅰ型断裂特性与抗拉强度特性之间的规律。得到了本体试件的失稳韧度最大，终凝后层面形式的次之，中间型层面形式的更小一些，初凝前层面形式的最小及层面相对于本体的断裂破坏比强度破坏更为脆弱的结论。     

缝高比及尺寸对碾压混凝土失稳断裂的影响

采用尺寸分别为300 mm×300 mm×150 mm、400 mm×400 mm×150 mm和500 mm×500 mm×150 mm.缝高比均为0.4,以及尺寸为150 mm×150 mm×150 mm,缝高比分别为0.4、0.5和0.6的楔入劈拉试件进行研究,分析缝高比及尺寸对碾压混凝土断裂过程及断裂参数的影响,结果表明,与普通混凝土不同,碾压混凝土失稳断裂参数随缝高比的增大有一定程度增加;试件尺寸较大时(高度大于300mm),<水工混凝土断裂试验规程>(DL/T5332-2005)中的公式对碾压混凝土才具有较好的适用性,试件尺寸较小时,该公式计算值与试验数据偏差较大,需进一步寻找更合适的公式.     

用相关分析法预测混凝土断裂能G_F

断裂能ＧＦ是混凝土非线性断裂力学分析的一个重要参数，试验表明具有尺寸效应。我国学者证明在试件高度达到２ｍ时，断裂韧度ＫＩＣ已无尺寸效应。本文应用相关分析法建立了ＧＦ与ＫＩＣ之间的线性关系，从而可以用无尺寸效应的ＫＩＣ预测相应的ＧＦ，供工程结构初步分析用。     

聚丙烯纤维增强混凝土断裂韧度及软化本构曲线确定

对粗、细聚丙烯(Polypropylene, PP)纤维不同混掺情况下的混凝土切口梁试件进行三点弯曲试验,基于双K断裂理论探讨了不同尺寸PP纤维混掺方式对试件断裂韧度的影响及其破坏机理,并通过起裂、失稳、黏聚韧度3者之间的定量关系得到实测黏聚韧度、起裂韧度增量和桥接韧度。借鉴3种普通混凝土的双线性软化本构曲线计算得到理论黏聚韧度,并将其与实测黏聚韧度对比,确定适合于不同纤维掺入情况下PP纤维增强混凝土(Polypropylene fiber reinforced concrete, PFRC)的双线性软化本构曲线。研究结果表明,PFRC相对素混凝土有较高的起裂韧度、失稳韧度和断裂能;2或3种尺寸PP纤维混掺时,其桥接应力对桥接韧度的增强效果非常显著;3种尺寸PP纤维在裂缝扩展的不同阶段发挥桥接作用,体现了良好的混掺增强、增韧效应;徐世烺和Reinhardt改进的双线性软化本构曲线,取校正系数λ为6时,可较好地适用于PFRC。     

有层面碾压混凝土双K断裂参数试验研究

由于碾压混凝土坝是分层铺设碾压,突出存在着层间结合和坝体的层间稳定问题。因此有必要对有层面碾压混凝土断裂机理进行研究。采用断裂力学理论(双K断裂模型)对轴拉试件进行断裂力学分析,确定双K断裂参数的数值,研究其尺寸效应以及层面对双K断裂参数的影响。     

碾压混凝土层面Ⅱ型断裂的试验研究

通过用不同形式的碾压混凝土层面及本体形式试件进行Ⅱ型断裂试验得到了各种层面形式的剪切断裂参数.通过对试验结果进行分析,总结了各种层面形式的断裂韧度的规律,并从细观的角度分析了其中的原因,比较了层面处理方式和间隔时间对层面断裂性能的影响.从不同角度对几种层面形式剪切断裂特性的优劣做了比较.结果表明,终凝后处理的层面最好, 初凝前处理的层面次之,初凝与终凝之间处理的层面最差.     

海水海砂混凝土无尺寸效应拉伸强度与断裂韧度的确定

海水海砂混凝土（seawater sea sand,SSC）在岛礁和临海工程建设中有广阔的应用空间。海洋环境下,混凝土容易开裂,严重影响结构耐久性。为确保该新型混凝土在海洋环境下的安全服役,对SSC的断裂力学性能研究以及断裂参数的合理确定至关重要。然而采用传统方法,基于线弹性断裂理论确定的断裂参数,由于未考虑材料非均匀性的影响,不可避免存在尺寸效应。鉴于此,本文利用基于边界效应的非线性断裂理论,考虑材料的非连续性与非均匀性,确定SSC的真实断裂参数。配制最大骨料粒径d_max为10和20 mm的海水海砂混凝土,分别进行高度为100和200 mm的三点弯曲梁试验,初始缝高比为0.1~0.7；并用淡水、河砂等质量替代海水、海砂配制普通混凝土（ordinary Portland cement,OPC）作为对照组进行试验。基于边界效应模型,通过引入混凝土平均骨料粒径,得到了SSC的真实无尺寸效应拉伸强度f_t及断裂韧度K_IC,进而结合正态分布分析确定两断裂参数的均值以及具有95%保证率的上下限值,并利用得到的拉伸强度成功预测任意尺寸条件下SSC试件的极限荷载。结果表明:相同骨料级配下,与普通混凝土相比,海水海砂混凝土断裂截面上骨料断裂的比例更高,SSC的拉伸强度及断裂韧度高于OPC；随着最大骨料粒径的增大,SSC和OPC骨料断裂的比例均减小,其断裂韧度K_IC均增加,f_t降低。所提模型及相关结果可为海水海砂混凝土实际工程设计提供参考。     

不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双K断裂韧度试验研究与理论分析

为了研究不同尺寸的混凝土结构的断裂性能,设计了5组共20个不同截面高度的楔入劈拉试件进行混凝土断裂试验.改进了试验加载装置以抵消竖向力的作用,简化了分析计算.在双K断裂理论的基础上,采用应力强度因子叠加原理对不同截面高度的楔入劈拉试件的有效裂缝长度和双K断裂韧度进行了计算.试验结果表明:在200~700 mm设计的截面高度范围内,试件起裂荷载、失稳荷载及有效裂缝长度均随截面高度的增大而呈线性增大;起裂断裂韧度基本不受试件高度变化的影响;失稳断裂韧度在试件截面高度低于500 mm时表现出一定的尺寸效应,随试件高度增大而逐渐增大,当试件截面高度大于500 mm时其值趋于稳定,可认为是一个常数.     

Study on equivalent strength for crack directors of RCC arch dam based on size effect rule

The size effect rule of roller compacted concrete (RCC) fracture toughness was reached on the analysis of fracture toughness of RCC specimens, which have been done by project team. And then the rule was applied to the calculation formula of equivalent strength of crack director in the RCC arch dam, thus a simple and useful formula was reached. The study shows that the equivalent strength of crack directors increases with the increasing intensity of concrete, but the surplus rate of strength of crack directors section decreases with the increasing intensity of concrete and the distance between centers of adjacent crack directors, and that bilateral interval crack directors are more efficient in weakening the strength of section than unidirectional interval crack directors in the case of the same distance between adjacent crack director centers. A good design for crack directors of RCC arch dam is proposed via the rule.     

岩石动态断裂韧度温度相关性的实验研究

利用CCCD—SHPB（CentralCrackedCircularDisk—SplitHopkinsonPressureBar）试验系统对花岗岩试件实施同一加载速率、不同温度下的纯I加载试验,进而研究环境温度对岩石类材料动态断裂性能的影响。实验过程中控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,测得不同温度下试件两端平均栽荷P随时间的变化关系,将最大P-max心裂纹圆盘应力强度因子墨公式,获得不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度蜀。。测试结果表明,温度处于10—100℃时,花岗岩动态断裂韧度K-Id温度的升高逐步下降,近似呈线性关系。     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

UHTCC与钢材界面的剪切型断裂试验研究

为了将超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)应用于大跨径钢箱梁桥,研究双材料界面的力学性能. 采用无切口单边对称加载复合试件,研究UHTCC与钢材界面剪切型裂缝扩展过程. 利用数字图像相关法(DIC),验证该方法用于定量测定双材料界面剪切型断裂韧度的可行性,探究不同界面处理方式对复合试件界面剪切型断裂韧度的影响. 试验结果表明,采用UHTCC-钢材无切口单边对称加载复合试件,结合DIC技术可以实现界面纯剪切型断裂韧度的定量测试;不同界面处理方式对UHTCC与钢材界面剪切型断裂韧度的影响均较小;UHTCC与钢材界面具有较高的剪切断裂韧度,抗剪切性能良好.     

层面对带裂纹碾压混凝土强度断裂参数影响

研究层面对带裂纹碾压混凝土强度和断裂参数的影响,发现层面存在使等效强度随削弱度增大递减.单缝和双缝的削弱度分别为0.1、0.2和0.3时,其等效强度分别降低了13.37%、37.44%、46.96%和16.52%、25.46%、19.99%,表明层面对等效强度影响随削弱度的增加而加大,层面对单缝的影响比其对双缝的影响大.由于层面存在,层面间隔4h,层面不作处理时,碾压混凝土断裂韧度降低了17.85%;层面间隔4h,层面处理方式为铺10mm的粉煤灰水泥砂浆时,断裂韧度降低5.67%.     

基于断裂力学理论的诱导缝开裂相似试验模拟

为了研究诱导缝在结构模型破坏试验中的开裂相似条件和试验模拟方法,进行了材料的断裂特性实验和力学理论推导。根据结构模型试验的相似性要求和诱导缝的工作原理,原型、模型材料须满足开裂特性和抗剪断强度相似的要求。通过材料的断裂特性试验,获得了考虑尺寸效应的碾压混凝土的断裂韧度值和石膏的断裂韧度与水膏比的关系曲线。在此基础上运用断裂力学理论,分析应力强度因子与断裂韧度之间的关系,推导出诱导缝的开裂特性相似条件和满足开裂条件的诱导缝模型尺寸。试验中选用包裹聚脂薄膜的铜片来模拟诱导缝,按f、c综合效应满足了抗剪断强度相似条件。从而在结构模型试验中实现了诱导缝的开裂相似模拟,并为研究含诱导缝拱坝的开裂和破坏机理提供了依据。     

新的陶瓷缺口试件制备方法及其在断裂韧性测试中的应用

利用模压注塑的方法制出陶瓷缺口试件生坯,然后烧结制成缺口试件。这种方法制备的缺口试件其缺口半径可按需要在很大范围内变化以供选用,其最小可达几μｍ;而且缺口光洁度一致性好;可以很好地用于陶瓷材料缺口强度和断裂韧性的测试。     

碾压混凝土试件细观损伤断裂的强度与尺寸效应分析

为了实现碾压混凝土试件强度性能的仿真计算分析 ,在细观层次上将试件看成是由硬化水泥粉煤灰砂浆、粗骨料、二者之间的粘结带及水泥砂浆中间层面形成的非均质复合材料 ,以随机骨料模型代表碾压混凝土的细观结构 ,应用非线性有限元法 ,模拟试件的细观损伤断裂 ,从而求得其宏观力学强度 ,据此可解释试件的尺寸效应 .计算结果表明 ,试件的单轴抗压强度及劈裂抗拉强度与试验结果较为吻合 ,试件的尺寸效应符合一般规律 ,该方法为碾压混凝土试件强度性能的数值模拟提供了一种新的技术途径 .     

Tests and simulation analysis on fracture performance of concrete

To obtain the fracture parameters of concrete, fracture tests were conducted with three-point bending beam method aiming at 30 concrete beams with different sizes and different intensity. The concrete specimen with prefabricated crack to determine the fracture parameters of concrete were conducted and the fracture performance of the specimen was analyzed. The test results show that, initial fracture toughness is unrelated to the size of specimens; while unstable fracture toughness is related to the size of specimens. As for specimens of bastard size, when concrete intensity is relatively low, unstable fracture toughness increases along with the increase of intensity; when concrete intensity is relatively high, unstable fracture toughness will decrease; when concrete intensity increases continuously, unstable fracture toughness will further increase somewhat. As for specimens of standard size, unstable fracture toughness will increase along with the increase of intensity. Aiming at concrete beam specimens, we conducted two-dimensional non-linear finite element analysis, obtained the stress intensity factor, and carried out contrastive analysis with the experimental results.     

砂率对富含砖粒再生混凝土断裂性能影响试验研究

为了研究砂率对再生混凝土断裂性能的影响,以RC25为基准再生混凝土,制作了砂率分别为25%、30%、35%、40%、45%、50%的再生混凝土梁试件。通过梁的三点弯曲试验,从断裂韧度和断裂能两个方面,研究了富含砖粒再生混凝土断裂性能随砂率的变化规律。结果表明:富含砖粒再生混凝土的断裂韧度、断裂能均随砂率的增大呈现出先增大而后减小的趋势;砂率由25%增大到35%时,断裂韧度增大了8.43%,断裂能增大了10.73%;砂率由35%增大到50%时,断裂韧度降低了3.81%,断裂能降低了11.29%;砂率小于35%时的断裂韧度比砂率大于35%时的断裂韧度更容易受到砂率变化的影响,而断裂能则没有出现相同的情况。