低热水泥全级配混凝土断裂试验及尺寸效应分析

该文分析了低热水泥全级配混凝土断裂性能的尺寸效应规律。通过在大坝工程施工现场浇筑成型试件有效高度为0.75 m、1.5 m和2.25 m的楔入劈拉试件并开展试验,获得低热水泥全级配混凝土稳定的双K断裂参数。基于试验结果,采用理论方法推求全级配混凝土无尺寸效应的失稳和起裂韧度,预测任意尺寸试件的最大和起裂水平荷载。研究发现,当韧带高度与骨料最大粒径比值大于等于6.0后,双K断裂参数趋于稳定。尺寸效应模型及其演化形式可用于确定全级配混凝土无尺寸效应的起裂和失稳断裂韧度,定量分析强度与韧度对裂缝扩展的影响,并可通过引入等效几何参数,分别建立任意尺寸试件最大和起裂水平荷载的预测方程。     

权函数法计算的混凝土断裂韧度

在采用解析方法确定混凝土的双K断裂韧度时,粘聚断裂韧度计算的准确性直接影响起裂韧度断裂控制参数计算的准确性。根据权函数法,给出了基于CEB-FIP粘聚应力软化函数计算的粘聚断裂韧度的表达式。使用最大高度为1000mm的五组楔入劈拉紧凑拉伸试件测量的最大荷载和临界裂缝嘴张开口位移,计算了混凝土的双K断裂韧度,并与积分解析计算公式进行了对比。结果表明,两种解析计算方法较为吻合,最大误差不超过2%。     

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...     

同时确定钢纤维高强混凝土的断裂韧度及拉伸强度

考虑钢纤维高强混凝土试件细观非均质性对宏观断裂的影响机制,将钢纤维掺量、长度、直径及钢纤维抗拉强度等细观层面的钢纤维特征参数,引入钢纤维高强混凝土宏观断裂模型的虚拟裂缝扩展量的具体计算公式,从而发展了考虑钢纤维特性的可同时确定钢纤维高强混凝土的断裂韧度与拉伸强度的模型及方法。采用变化参数为钢纤维掺量和混凝土水灰比的三点弯曲试件,基于所提模型,同时确定了钢纤维高强混凝土的断裂韧度与拉伸强度,确定值与试验拉伸强度值以及尺寸效应模型计算的断裂韧度吻合良好。基于测试数据离散性为钢纤维高强混凝土固有属性的事实,采用确定的断裂韧度及拉伸强度,建立起钢纤维高强混凝土塑性——准脆性——线弹性不同结构断裂模式的±20%全曲线,其可涵盖实验室条件下的所有试验数据。该文所提模型及方法适用于钢纤维高强混凝土及高强混凝土,可为钢纤维高强混凝土等复合材料真实断裂韧度与拉伸强度的确定,及个性化结构断裂破坏的预测等关键科技问题提供依据。     

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...     

采用峰值荷载法确定全级配水工混凝土断裂参数

该文采用峰值荷载法研究了全级配水工混凝土试件的断裂参数。通过有限元方法,得到了适用于全级配水工混凝土的非标准楔入劈拉试件的应力强度因子K、裂缝嘴张开口位移CMOD计算公式以及裂缝张开位移COD与CMOD比值COD/CMOD的相关曲线。基于相关断裂试验,通过该文所提公式得到了全级配水工混凝土的等效断裂韧度与临界裂缝尖端张开口位移CTOD_c等断裂参数。研究结果表明：峰值荷载法可应用于截面尺寸不同而缝高比相同的全级配水工混凝土试件,峰值荷载法只需实测各试件的峰值荷载,就可方便确定全级配水工混凝土的断裂参数。     

基于等效纯弯曲梁的混凝土双K断裂参数研究

因四点弯曲梁跨中裂缝截面附近处于纯弯段,故其从理论上更符合Ι型断裂模式。基于此,该文通过开展跨中带缝的四点弯曲梁试验,将荷载作用下的四点弯曲梁纯弯曲段等效为纯弯曲梁,基于线性叠加原理给出了计算混凝土四点弯曲梁双K断裂参数的计算公式,并研究了不同初始缝高比（0.2、0.3、0.4、0.5及0.6）对四点弯曲梁双K断裂参数的影响,结果表明:随着初始缝高比的增大,试件起裂荷载P_ini,最大荷载P_max及相对临界有效裂缝扩展长度（a_c-a₀）/H均逐渐减小;起裂断裂韧度K_ICini和失稳断裂韧度K_ICun基本保持不变。可见,四点弯曲梁可以用于研究混凝土的双K断裂参数。     

小尺寸混凝土试件双K断裂参数试验研究

采用最大尺寸为680mm×160mm×40mm的标准三点弯曲梁试件,利用在初始裂缝两侧粘贴电阻应变片并利用混凝土裂缝扩展到此处时其应变回缩的方法测得了起裂荷载Pini,在此基础上根据Pini及初始缝长a0得到了起裂断裂韧度KIiCni;根据在试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODC计算了混凝土等效裂缝长度aC,据此计算了失稳断裂韧度KIuCn。结果表明:采用电阻应变片法可准确测定混凝土的起裂荷载Pini,且方法简单。试验结果还表明:在本试验范围内,三点弯曲梁法测得的混凝土双K断裂参数KIiCni、KIuCn与试件高度无关,进一步说明了混凝土双K断裂参数可以作为描述混凝土裂缝扩展的断裂参数。     

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。     

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。     

岩石-混凝土界面拉伸断裂性能的率相关性研究EI北大核心CSCD

该文弯曲断裂试验获得了不同应变率下界面的抗拉强度、荷载-加载点位移曲线、荷载-裂缝口张开位移曲线、起裂荷载和峰值荷载,通过夹式引伸计法和DIC法获得了临界裂缝扩展长度。并计算了界面断裂能及双K断裂参数,分析了不同应变率下界面断裂过程区演化规律及特征长度的变化。结果表明:随应变率的增大,断裂能和起裂韧度增大,临界裂缝长度和失稳韧度先增加后减小,断裂过程区长度及特征长度随应变率的提高而减小。该文从裂缝发展路径、自由水粘性、惯性效应三方面探讨了岩石-混凝土界面断裂参数的率效应。     

Q690D高强钢基于连续损伤模型的断裂破坏预测分析

高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,该文针对Q690D高强度结构钢材,进行了钢材圆棒试样在单调加载和超低周循环加载下的断裂破坏试验,研究了试样裂纹的起始位置,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响,并采用扫描电镜观察了试样断口的微观形貌,断口呈现韧窝形式的延性断裂特征。基于Q690D钢材缺口圆棒试样的单调拉伸试验结果,结合有限元分析,标定了钢材的连续损伤模型参数。最后,应用钢材的连续损伤模型,对圆棒试样和带初始间隙试样在不同加载制度下的断裂破坏进行预测分析,得到试样的裂纹起始位置、荷载-位移曲线、断裂位移和疲劳寿命均与试验结果吻合良好。     

考虑骨料尺寸的混凝土岩石边界效应断裂模型

该文比较了边界效应模型（BEM）和尺寸效应模型（SEM）在研究材料断裂性能方面的不同。提出了由处于准脆性断裂状态的三点弯曲试件的峰值荷载P_max,同时确定材料参数--断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t的理论与方法。由于实验室条件下混凝土试件高度W与骨料最大粒径d_max的比例W/d_max约为5~20,试件的非均质性明显,破坏为准脆性断裂控制。因此,区别于以连续介质力学为基础的应用于准脆性断裂研究的力学模型,该文研究将骨料最大粒径d_max引入相应的断裂模型解析表达式中,由参数组合β d_max来计算结构峰值状态对应的裂缝扩展量,通过离散参数β的不同取值,实现了对材料参数--断裂韧度与拉伸强度的准确预测。基于不同学者的相同尺寸W而不同初始裂缝长度a₀,以及相同初始缝高比a₀/W而不同尺寸W的几何相似的砂浆、混凝土及岩石类材料试件的试验成果（骨料最大粒径d_max从1.2 mm~40 mm变化）,验证了所提理论与方法的合理性。     

考虑骨料体积含量影响的混凝土准脆性断裂预测模型及应用

基于对准脆性断裂边界影响模型参数的分析,该文将平均骨料粒径d_ave引入模型中,得到了考虑骨料体积含量及尺寸影响的混凝土准脆性断裂预测模型。模型中的有效裂缝与特征裂纹的比值,明确表征了三分点加载单边切口梁(SENB)试件的尺寸及初始缝长度变化时服从的断裂失效准则;模型中d_ave及分散系数β_ave将影响最大荷载P_max作用下临界微裂纹扩展区的平均虚拟裂纹长度Δa_fic。通过SENB试件在P_max时的受力分析,得到了临界正应力σ_n、有效裂缝长度a_e、拉伸强度f_t及断裂韧度K_IC之间的关系式。通过Amparano的试验结果,当a_fic为0.8~1.4倍d_ave时,采用混凝土准脆性断裂模型能较好预测混凝土拉伸强度及断裂韧度。通过对Δa_fic=1.2d_ave时模型得到的预测曲线与试验结果的对比,证明了模型计算结果的可靠性。考虑骨料体积含量影响的混凝土准脆性断裂模型能基于RILEM规范中三分点加载SENB试验预测混凝土断裂韧度与拉伸强度。     

由小尺寸试件确定混凝土的断裂韧度与拉伸强度

该文利用骨料最大粒径d_max=10 mm,试件高度W依次为60 mm、80 mm、100 mm、140 mm、160 mm,厚度B=40 mm的小尺寸三点弯曲梁试件,来确定无尺寸效应的混凝土断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t。区别于现有尺寸效应模型关注于\     

基于边界效应理论确定热轧碳素钢的韧度与强度

该文研究确定热轧碳素钢的材料韧度与强度特性,提出一种确定热轧碳素钢材料的断裂韧度与屈服强度的模型及方法。建立了等效裂缝长度、名义应力等具体设计参数的计算表达式。通过相同尺寸而不同初始缝高比的单边拉伸Q235B热轧碳素钢板的系列试验,证明所提模型及方法的合理性与适用性。所提模型及方法只需由小尺寸单边裂缝钢板的拉伸试验测得的屈服荷载,即可同时确定出热轧碳素钢平面应力条件下的断裂韧度K_C及屈服强度σ_Y。采用该文所提方法确定热轧碳素钢的材料特性,试验试样不需要满足现行国内外规范对试验试样尺寸、型式,加载条件等的严格规定,试样不需要预制疲劳裂纹。     

Evaluation of Fracture Parameters by Double-G,Double-K Models and Crack Extension Resistance for High Strength and Ultra High Strength Concrete Beams

This paper presents the advanced analytical methodologies such as Double- G and Double - K models for fracture analysis of concrete specimens made up of high strength concrete (HSC, HSC1) and ultra high strength concrete. Brief details about characterization and experimentation of HSC, HSC1 and UHSC have been provided. Double-G model is based on energy concept and couples the Griffith's brittle fracture theory with the bridging softening property of concrete. The double-K fracture model is based on stress intensity factor approach. Various fracture parameters such as cohesive fracture toughness (K_Ic^c), unstable fracture toughness (K_Ic^un) and initiation fracture toughness (K_Icⁱⁿⁱ) have been evaluated based on linear elastic fracture mechanics and nonlinear fracture mechanics principles. Double-G and double-K method uses the secant compliance at the peak point of measured P-CMOD curves for determining the effective crack length. Bi-linear tension softening model has been employed to account for cohesive stresses ahead of the crack tip. From the studies, it is observed that the fracture parameters obtained by using double - G and double - K models are in good agreement with each other. Crack extension resistance has been estimated by using the fracture parameters obtained through double - K model. It is observed that the values of the crack extension resistance at the critical unstable point are almost equal to the values of the unstable fracture toughness K_Ic^un of the materials. The computed fracture parameters will be useful for crack growth study, remaining life and residual strength evaluation of concrete structural components.     

AN EVALUATION OF FATIGUE AND FRACTURE MECHANICS PROPERTIES OF ULTRA-HIGH STRENGTH 7XXX SERIES Al-ALLOYS

Abstract— The fatigue and fracture mechanics properties of rapidly solidified ultra-high strength 7XXX series Al-alloys have been studied. With respect to conventional high-strength Al-alloys, these materials exhibited a better fatigue-endurance on both plain and notched specimens at low stress amplitude in constant amplitude fatigue tests, whereas the opposite occurred at high stress amplitudes. Fatigue crack growth tests indicated lower crack growth rates at low Δ K -levels, but at intermediate and high Δ K -values these materials were particularly prone to additional components of "static" crack propagation, which led to steeply inclined d a/ d N vs Δ K curves. Moreover, the increase in tensile strength was linked with some loss of ductility and fracture toughness. Overload regions were characterized by a large amount of intergranular decohesion, possibly facilitated by the presence of incoherent particles at grain boundary regions and by the large strength differential between the matrix and precipitate free zone. The best results in terms of elongation to rupture and toughness were obtained by reducing the amount of Cr/Mn incoherent dispersoid-forming elements, in order to lessen the tendency towards matrix-dispersoid interface decohesion at grain boundaries.