龄期对碾压混凝土双K断裂参数影响的试验研究

为了研究龄期对碾压混凝土双K断裂参数的影响,制作了龄期为28,60,90 d共18个楔入劈拉碾压混凝土试件并进行了断裂试验,结合双K断裂参数公式,得到了不同龄期试件的有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度等断裂参数,并分析了龄期对碾压混凝土断裂性能的影响。试验结果表明:起裂荷载和失稳荷载均随龄期的增大而增大,且起裂和失稳荷载的比值趋于稳定,伴随着龄期的增加,起裂荷载占失稳荷载的比重越来越大;龄期从28 d增加到90 d,起裂和失稳断裂韧度分别增加了0.216 0 MPa·m^1/2和 0.292 2 MPa·m^1/2,起裂和失稳断裂韧度的比值基本在0.5~0.6;有效裂纹长度随龄期的增大而减小,相同尺寸下,龄期越小,裂缝亚临界扩展量越大,试件的韧性越好。     

小骨料混凝土双K断裂参数的试验测定

双K断裂模型以起裂韧度和失稳韧度来描述混凝土裂缝扩展过程，《水工混凝土断裂试验规程》将双K断裂模型作为该规程的基本理论依据，并将该模型的双K断裂参数作为试验规程要求测定的基本断裂参数。为配合该规程的制定，本文进行了19个三点弯曲梁试件和25个楔入劈拉试件共43个试件的断裂试验，对小骨料混凝土双K断裂参数的起裂韧度和失稳韧度进行直接试验测定。所有试件均为同批浇注相同级配，最大骨料粒径为10mm，试验中采用了电阻应变片法作为确定起裂荷载的参考。结果表明，起裂荷载与最大荷载之比为0.67～0.71，起裂韧度与失稳韧度之比为0.45～0.50，变化较稳定；楔入劈拉试件高度大于等于400mm、三点弯曲梁试件高度大于等于200mm时，起裂韧度与失稳韧度基本为常数，但同组试件之间具有一定的离散性；两种试件形式的韧度值有一定的差异。根据本文试验数据计算得到的裂缝尖端开口位移临界值较断裂韧度参数更容易受到试件尺寸的影响，楔入劈拉试件高度大于600mm时，其值为0.056～0.070mm；三点弯曲梁试件高度大于300mm时，其值为0.040～0.047mm，比较稳定。     

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。     

楔入劈拉试验支承形式对混凝土断裂韧度的影响

针对楔入劈拉试件支座位置的不同,包括双线支座与单线支座,分析不同竖向荷载对断裂性能参数测试可能造成的影响,并通过试验数据进行验证。通过分析比较,认为对于实验室进行混凝土楔入劈拉试件的常用尺寸,支承体与传力装置所传荷载在一个竖向平面内可抵消竖向荷载和一部分构件自重,从而得到较为接近真实值的断裂性能参数。     

混凝土双K断裂韧度的率相关性

采用中央带穿透裂缝的立方体劈拉试件几何形式,本文研究了应变率对混凝土双K断裂韧度的影响。试验采用的应变率范围为10-5/s~10-2/s。结果表明:双K断裂计算理论可由拟静态进一步拓展到地震加载率;随应变率增加,起裂断裂韧度线性增加,失稳断裂韧度先增加后保持不变;应变率不高于10-3/s时,高应变率作用下的试件会产生较大的临界裂缝扩展长度,临界裂缝扩展率较为缓慢,但应变率高于10-3/s时,临界裂缝扩展长度反而减小,临界裂缝扩展率呈指数迅速增加。最后,引入名义起裂强度率和临界裂缝扩展率两参数分别建立了起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的率相关模型。     

静水压力下混凝土双K断裂参数试验测定

本文主要研究混凝土在机械荷载和水压力的双重作用下,裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况。试验采用楔入劈拉试件,试验时每间隔一定的机械荷载,施加一个循环的一定数值的水压力,直至试件断裂。试验采用“恒定裂缝张开位移”和“恒定荷载”两种加载方式,恒定裂缝张开位移是对水压力作用下的试件进行的定性对比分析,恒定荷载是对固定水压力作用下的试件,通过表面粘贴应变片的方法监测裂缝的起裂和扩展长度。采用混凝土裂缝扩展的双K断裂准则计算了粘聚韧度、失稳韧度和起裂韧度,并与试验测定结果进行了比较。结果表明,随着水压力的逐渐增大,试件的可承受最大荷载逐渐减小,裂缝的起裂提前。     

双K 断裂准则在丹江口大坝安全性评定中的应用

对工程中出现的裂缝可用双K断裂准则进行裂缝的稳定性分析和结构的安全性评定。本文结合丹江口大坝18坝段上游竖向裂缝在水压力下的稳定性分析,介绍了双K断裂准则应用于工程的具体实施过程。将大坝混凝土钻芯芯样制成的圆柱体楔入劈拉试件,通过试验测定混凝土双K断裂参数,并分别采用三维数值法和解析法算得水压力作用下缝端应力强度因子值。比较缝端应力强度因子值和双K断裂参数的大小及相互关系,获得裂缝的扩展状态,合理指导对裂缝进行有针对性的处理。本文为双K断裂准则的工程应用提供借鉴和参考。     

基于断裂理论的玄武岩纤维混凝土双 Ｋ断裂参数及力学性能研究

混凝土基体中纤维材料的加入可以有效抑制开裂,提升其抗变形能力。为深入了解纤维对提 升混凝土抗开裂破坏能力的作用,基于断裂理论并通过试件三点弯曲试验,对掺入不同长度和体积分数 玄武岩纤维的混凝土在开裂破坏时的力学性能进行了研究,同时通过扫描电镜技术观察纤维的微观断 裂特征。结果表明,掺入玄武岩纤维对试件劈裂抗拉强度和抗折强度均有明显改善,较素混凝土试件分 别提升 29％和 22％,其中纤维长度对劈裂抗拉强度影响较小,对抗折强度影响明显;长纤维试件具有较 高的韧性和抑制裂缝扩展能力,短纤维试件在荷载施加后期易产生明显的应变软化现象,表现出显著的 脆性断裂特征,而含有中等纤维的试件则同时兼具最高的抵抗初裂和抑制裂缝扩展的能力。研究内容 对指导实际工程改善纤维混凝土抗裂性能有一定理论价值。     

不同初始缝高比楔入劈拉试件断裂试验研究

为研究初始缝高比对混凝土断裂性能的影响,设计4组共32个不同初始缝高比的试件进行楔入劈拉试验。测定试件断裂过程中的荷载、裂缝张口位移、混凝土应变等参数的特征值及全过程曲线。以双K断裂理论为基础,计算不同初始缝髙比试件的有效裂缝长度a_c、起裂断裂韧度Kⁱⁿⁱ_IC和失稳断裂韧度K^un_IC等断裂参数。试验结果表明:有效裂缝长度a_c随缝高比的增大而增大,裂缝亚临界扩展量Δa_c随缝高比的增大而减小;起裂断裂韧度不受初始缝高比的影响,失稳断裂韧度随缝高比的减少有所增大,当a₀/D≥0.5时,为一常数。     

采用底部开缝立方体劈拉试件测定混凝土起裂断裂韧度

为了测定混凝土起裂断裂韧度,提出了一种采用底部开缝立方体劈拉试件的试验方法,并采用数值分析方法拟合了该加载条件下缝尖的应力强度因子计算公式,通过测量高度为１００ｍｍ、２００ｍｍ和３００ｍｍ,缝高比为０．２、０．３、０．５和０．７的立方体劈拉试件及三点弯曲梁试件的起裂荷载,进而计算起裂断裂韧度并研究其尺寸效应。结果表明,采用底部开缝立方体劈拉试件和三点弯曲梁试件测定的起裂韧度基本一致,计算结果皆无明显尺寸效应,说明提出的方法能够有效测定混凝土起裂断裂韧度。与传统的三点弯曲梁方法相比,该方法具有试件制备简单、试验操作方便等优点,为现有的混凝土断裂参数实验测定提供有效补充。     

配筋对混凝土双K断裂参数的影响研究

为了确定在混凝土中配筋对试件断裂参数的影响,采用尺寸为1 000 mm×200 mm×200 mm的3组不同缝高比的钢筋混凝土试件进行试验。通过在初始裂缝两侧粘贴应变片确定了起裂荷载,计算出了钢筋混凝土试件的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、临界有效裂缝长度,并与相同缝高比的素混凝土试件进行了对比。结果表明,在混凝土中配筋,其起裂断裂韧度与失稳断裂韧度分别可以提高8.6%与15%;缝高比越大,钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度值越小;钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度的比值要比素混凝土试件的小,表明在混凝土试件中加入钢筋后可以提高结构的延性;钢筋混凝土试件的初始缝长与临界有效缝长的比值介于0.65～0.88。     

纳米改性对再生混凝土双K断裂参数的影响

再生骨料与天然骨料相比,表观密度低,吸水率大,压碎指标大,导致再生混凝土的性能较差。本文采用纳米SiO_2溶液对再生混凝土进行改性处理,通过三点弯曲梁法对再生骨料取代率不同(0,50%,70%,100%)的试件、取代率50%和100%下不同纳米SiO_2掺量的试件共12组60根试件进行断裂实验,用双K断裂参数评价再生混凝土的断裂性能,研究再生骨料取代率和纳米SiO_2掺量对再生混凝土断裂性能的影响。结果表明,再生混凝土的起裂韧度和失稳韧度整体随着再生骨料取代率的增加而降低;适量纳米SiO_2的掺入能提高再生混凝土的断裂韧度,再生骨料取代率50%和100%、纳米SiO_2掺量1.0%时再生混凝土的起裂韧度和失稳韧度提升程度最大,分别达到0.6929 MPa·m~(1/2)、1.3073 MPa·m~(1/2)和0.5552 MPa·m~(1/2)、1.2410 MPa·m~(1/2)。     

不同冻融方式下混凝土双K断裂韧度对比试验

为了研究不同冻融方式对混凝土双K断裂韧度带来的不同影响,设计了5组共计15个试件,分别经历干燥、水浸泡、水冻融、盐浸泡、盐冻融作用20 d后进行三点弯曲梁试验。测定了试件断裂过程中的荷载、张口位移、裂缝尖端应变等参数的特征值和全过程曲线,基于双K断裂理论分别计算了各组环境下混凝土的有效裂缝长度、起裂荷载、失稳荷载等断裂参数。结果表明:不同冻融方式对混凝土造成的影响具有一定的相似性,水冻融与盐冻融均会对混凝土的弹性模量造成损失,使其断裂力学性能下降,但会提高混凝土韧性。在损伤程度和损伤后混凝土受力表现上不同冻融方式有显著区别。水冻融后混凝土受荷时更易开裂,但水冻融环境对混凝土抵抗裂缝发展能力的影响不明显。盐冻融后混凝土抵抗裂缝发生以及发展的能力同时降低,但混凝土受力时裂缝的发生会相对推迟。     

不同初始缝高比的混凝土断裂试验及边界效应分析

为了解决直接法(轴向拉伸试验)和间接法(劈裂拉伸试验、弯曲拉伸试验)测试抗拉强度的试验结果相差较大的问题,通过不同初始缝高比早龄期混凝土的楔入劈拉试验,基于已有的Hu-Guan边界效应理论模型,拟合得到两个真实的断裂参数——断裂韧度和抗拉强度,然后基于双K断裂模型,根据试验测得的起裂荷载、峰值荷载及临界裂缝张口位移值,计算初始缝高比为0.05～0.70共8组试件的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度。结果表明:Hu-Guan边界效应模型拟合计算得到的抗拉强度值与劈裂抗拉试验值相差4.85%,得到的断裂韧度值介于双K模型计算范围内,验证了已有的边界效应模型适用于确定混凝土材料的真实断裂参数;起裂断裂韧度不受初始缝高比的影响,失稳断裂韧度在0.05≤α≤0.4范围内随初始缝高比的减小而增大,在0.4≤α≤0.6范围内,其值为一常数,在0.6≤α≤0.7时,其值有明显的下降趋势。     

钢纤维高强混凝土的劈拉及剪切变形性能

通过钢纤维高强混凝土的劈拉和剪切性能试验,分析钢纤维对高强混凝土劈拉和剪切变形性能的影响。结果表明,钢纤维的加入有效地改善了高强混凝土的劈拉和剪切变形性能。劈拉荷载作用下,钢纤维高强混凝土的劈拉变形能力随钢纤维体积率的增大而提高;剪切荷载作用下,钢纤维高强混凝土的初裂和破坏变形均随着钢纤维体积率的增大而增大,当钢纤维体积率为2.0%时,钢纤维高强混凝土的初裂变形较相应的普通高强混凝土提高了42%~65%,剪切韧性提高了4~5倍。此外,研究表明钢纤维类型对高强混凝土劈拉及剪切荷载作用下的变形性能具有不同程度的影响。     

循环加载历史对混凝土断裂特性影响的试验研究

本文研究了循环加载历史对混凝土断裂韧度及断裂能的影响。用楔入劈拉试验对混凝土试块施加频率为１０Ｈｚ的高频预加拉伸荷载，测出荷载－位移全过程曲线，通过与未承受加载历史的混凝土准静态断裂参数比较，发现当预加拉伸荷载强度超过一特定值后，混凝土的抗裂能力显著降低，因此，混凝土的断裂参数不是独立于加载历史的物理量。