基于起裂韧度准则的混凝土裂缝黏聚区特性

基于起裂韧度扩展准则和黏聚裂缝模型研究混凝土断裂全过程中的裂缝尖端黏聚区特性;利用不同尺寸的带裂缝三点弯曲梁试件,计算得到了裂缝尖端黏聚区的长度、黏聚力、裂缝张开位移等,并采用现有试验成果和有限元方法计算成果对本文结果进行了验证。分析结果表明:最大黏聚区长度以及峰值时刻对应的临界黏聚区长度随试件尺寸增大而逐渐增大,最大黏聚区长度受拉伸软化曲线影响;裂缝断裂全过程曲线受软化曲线影响较小;当外荷载达到峰值后裂缝张开位移近似为线性分布,黏聚力分布受拉伸软化曲线影响较大。     

岩石-混凝土界面拉伸软化本构关系试验研究

对岩石-混凝土界面试件进行了轴向拉伸和三点弯曲梁试验,研究粗糙度对界面断裂特性的影响,建立了界面软化本构关系。以界面粗糙度为参量,结合界面三点弯曲试验所得的荷载-位移曲线,采用改进的J积分法计算裂缝扩展的能量损耗,建立了基于虚拟裂缝黏聚力能量守恒关系。通过归一化拟合建立的挠度、裂缝张开宽度及裂缝扩展长度关系,最终确定了岩石-混凝土界面的拉伸软化本构曲线,并提出指数型和双线型的黏聚力表达式。试验和计算结果表明:岩石-混凝土界面单轴抗拉强度、断裂韧度及断裂能随着界面粗糙度的增加而增大。本文所得的界面软化本构关系只与界面抗拉强度和断裂能有关,可以应用于不同粗糙度界面的断裂计算中。     

基于黏聚裂纹模型的混凝土断裂过程扩展有限元法模拟

为了解决混凝土材料的断裂问题,采用扩展有限元法结合黏聚裂纹模型对混凝土非线性断裂力学行为进行模拟。在黏聚裂纹模型中,裂纹附近应力场没有奇异性,因此,基于四结点四边形单元构造了一种新的黏聚裂纹模拟的扩展有限元位移模式,并采用符号函数对所有的开裂单元(包括裂纹贯穿单元和裂尖单元)进行加强。采用类似于"弧长法"的方案求解非线性控制方程。结果表明:该加强策略解决了裂尖单元裂纹两边应力不等的问题,其裂尖位置任意,且混合单元处理方便。通过数值模拟混凝土Ⅰ型和混合型断裂问题,将模拟结果与参考解及试验结果进行比较,误差均在5%以内,验证了该方法的可靠性。该方法采用统一的符号函数进行加强,编程更为方便。     

直接拉伸下混凝土的断裂能

混凝土的断裂能是包含混凝土弹性阶段、塑性阶段及破坏全过程的综合参数，本文采用混凝土断裂能测试中最直观的直接拉伸法，对３种配合比、４种不同截面共６组试件进行了对比试验，探讨了直接拉伸试验下混凝土的断裂断。     

高性能混凝土本构关系研究

本文主要介绍了高性能混凝土和普通混凝土在无减摩和减摩情况下的本构关系试验比较结果，着重对抗压极限强度，峰值压应变，应力－应变关系，弹性模量，泊松比，初裂应力等进行分析比较。研究表明：高性能混凝土与普通混凝土相比，压缩弹性阶段较长，弹性模量较高，两种混凝土峰值压应变、泊松比较接近，初裂应力都较大；减摩措施降低了这两种混凝土的抗压强度测值，普通混凝土的初裂应力和弹性模量测值，但减摩对高性能混凝土弹模影     

高性能混凝土本构关系研究

本文主要介绍了高性能混凝土和普通混凝土在无减摩和减摩情况下的本构关系试验比较结果，着重对抗压极限强度、峰值压应变、应力 应变关系、弹性模量、泊松比、初裂应力等进行分析比较。研究表明:高性能混凝土与普通混凝土相比，压缩弹性阶段较长，弹性模量较高，两种混凝土峰值压应变、泊松比较接近，初裂应力都较大；减摩措施降低了这两种混凝土的抗压强度测值、普通混凝土的初裂应力和弹性模量测值，但减摩对高性能混凝土弹模影响不大，且提高了高性能混凝土的初裂应力。     

长期恒荷载作用下混凝土时变断裂试验研究

服役中的大体积混凝土结构处在长期荷载作用下,与服役时间相关的时变断裂问题直接关系到结构的安全。采用标准三点弯曲梁试件,分别施加约0.7Pmax、0.75Pmax、0.8Pmax、0.85Pmax、0.95Pmax的恒定荷载进行长期加载,试验测得在不同恒荷载水平下的时变裂缝口张开位移CMOD(t)。试验结果表明,CMOD(t)在持载阶段不断增大,CMOD(t)-t曲线呈现出三个阶段特征:第一阶段,CMOD(t)快速增大而裂缝口张开速率CMOR(t)逐渐减小;第二阶段,CMOD(t)增大而CMOR(t)几乎不变;第三阶段,CMOD(t)和CMOR(t)都快速增大直至试件断裂破坏。与不考虑时间相关性的单调加载静态断裂试验相比,时变断裂试验的临界裂缝口张开位移CMOD(tc)偏大;随着恒荷载水平的增大,时变断裂临界裂缝口张开位移CMOD(tc)减小且接近单调加载静态断裂的临界裂缝口张开位移。对于不同恒荷载水平的试件,其时变断裂寿命tcr随着长期恒荷载水平的增大而减小,且时变断裂寿命与荷载比P/Pmax成指数关系。     

混凝土细观单元本构关系研究

通过劈裂和剪切试验得到砂浆－骨料复合试件界面的粘结抗拉强度,界面的Ｉ型断裂特征通过 三点弯曲试验得到。并采用改进的Ｊ积分方法,利用试验结果提出了砂浆－骨料界面的拉伸软化曲线 模型。另外,将光纤传感器分别埋置于砂浆中和粘贴在骨料表面,测量单轴受压试验中砂浆、骨料的变 形过程及二者间的相对滑移值,从而建立了砂浆－骨料界面的粘结滑移本构关系曲线。同时,根据试验 及分析结果,提出了砂浆－骨料界面的细观力学本构关系,为数值模拟提供了可靠的分析模型。     

混凝土短期荷载下变形的一个本构模型

提出了一个混凝土一般应力状态下的变形模型。它建立在应变功硬化塑性增量流动理论的基础上，使用一个完整的二次型载荷函数，包含３个应力不变量，以模拟材料在拉、压应力偏量作用下的性质差异。为应用方便，文中详细列出数值计算步骤。     

带裂缝混凝土动态轴拉的声发射特性研究

为研究带裂缝混凝土在动态轴向拉伸荷载作用下的声发射信号特性,采用张口位移控制加载的方式,开展了张口位移速率为10~(-5)~10~(-2)/s的混凝土动态轴向拉伸断裂试验,分析了不同加载速率下声发射特征参数振铃计数、状态参数事件计数率和荷载随时间的变化曲线。试验表明:振铃计数包络曲线和荷载曲线具有良好的对应关系,且随着加载速率的提高,声发射活动越集中,试件断裂时间越短,更偏向脆性破坏,声发射能很好地揭示试件动态拉伸的受载情况和破坏状态。基于声发射特征参量的能量分析揭示了混凝土断裂破坏能量释放规律。结果表明:带裂缝混凝土动态轴向拉伸破坏不具有典型的3阶段特征,声发射信号在破坏瞬间突发性增强;随着张口位移速率的提高,混凝土断裂破坏时间缩短,极限强度增加,释放的能量呈指数增长。     

基于随机损伤与断裂耗散能等效的混凝土裂缝扩展分析

本文基于损伤耗散能与断裂耗散能等效原理,并假设极限应变服从对数正态分布,建立了混凝土的微弹簧随机损伤模型,进一步给出了混凝土裂缝黏聚律的求解方法。依据所提方法,分别获得了骨料最大粒径dmax依次为80 mm和40 mm的大坝混凝土和湿筛混凝土的黏聚律的具体表达式。基于求解出的黏聚律,分别模拟了大坝和湿筛混凝土的带切口三点弯曲梁裂缝扩展全过程,并将计算得到的荷载-裂缝口张开位移的曲线与试验曲线进行了比较,两者吻合良好,从而验证了模型与求解方法的合理性与有效性。进一步采用建立的模型与方法分析了大坝混凝土和湿筛混凝土材料特征高度的合理取值范围,结果表明:对于本文计算所用的大坝混凝土和湿筛混凝土试件,其材料特征高度值可取6~10倍骨料最大粒径dmax。     

重力坝断裂数值分析研究

本文研究了预制缝重力坝模型的断裂特性。通过对模型的断裂过程分析表明,在有限元富集技术中引入粘结裂纹模型能够较好地反映模型的承载特性和破坏过程,可以得出与试验结果相一致的荷载响应曲线和裂纹扩展路径。数值方法指出模型试验中采用弹簧拉力计提供附加重力场的局限性。由于拉力计与模型存在联合作用,改变了模型破坏机理和形式,使模型呈现为延性破坏,因而不能反映原型开裂后的实际承载特性。模型试验中附加荷载的施加方式需要改进。     

基于双标量损伤黏聚裂缝模型的混凝土单轴受压裂缝扩展分析

为了解决混凝土单轴受压裂缝扩展问题,将损伤力学的观点引入到黏聚裂缝模型的描述中,在热力学的框架上提出了一类双标量损伤黏聚裂缝模型。根据试验数据拟合了受拉及受剪两种损伤演化曲线,并将库伦定理引入到受剪损伤演化曲线中,使得本文提出的黏聚裂缝模型更为完善,不仅能描述混凝土单一(I、II型)裂缝模式,同时还能描述复合(拉剪及压剪)裂缝模式下裂缝面间黏聚应力与相对位移之间的关系。在数值方法上,采用非规则界面单元方法:在试块内随机划分三角网格,并在所有三角单元边界上嵌入界面单元,使得裂缝能在试件全局内随机扩展。结合以上两种方法,对混凝土单轴受压裂缝扩展进行数值模拟,数值模拟结果能较好的描述裂缝扩展过程中出现的多裂缝同时扩展、裂缝贯通汇集以及横向膨胀变形等现象。     

基于串并联弹簧模型的混凝土黏聚律及裂缝扩展全过程分析

基于串并联弹簧随机损伤模型,结合损伤模型和断裂模型的耗散能等效原理计算得到了混凝土裂缝黏聚律;基于微弹簧断裂应变服从Weibull分布和对数正态分布,研究了不同概率密度函数对裂缝黏聚律的影响,并比较了所获得的黏聚律与采用位移等效方法获得的黏聚律的区别。依据得到的黏聚律模拟了三点弯曲梁裂缝扩展全过程,结果表明:混凝土裂缝黏聚律受微弹簧断裂应变服从的概率密度函数影响;基于串并联弹簧随机损伤模型得到的裂缝黏聚律基本不受串并联弹簧模型层数影响,避免了获取黏聚律时的模型层数敏感性问题。     

光弹贴片法研究混凝土裂缝扩展过程及双K断裂参数的尺寸效应

本文采用最大尺寸为1200mm×1200mm×200mm的楔入劈拉试件，利用光弹贴片法对混凝土预制缝的起裂、稳定扩展直至失稳破坏全过程进行了系统的研究。采用照相机及数码摄像机拍摄了光弹贴片所显示的裂缝扩展全过程，获得了各级荷载下各试件裂缝的亚临界扩展量。在此基础上，根据试验测得的起裂荷载Pini及最大荷载Pmax计算了混凝土起裂断裂韧度KICini及失稳断裂韧度KICun。结果表明，混凝土KICini与试件高度无关，而当试件高度大于600mm时，所测得的KICun也与试件高度无关，这说明混凝土双K断裂参数(KICini及KICun)可以作为混凝土的材料参数。     

静水条件下超疏水性对混凝土 I 型裂缝扩展的影响

高水压力随水流浸入作用于结构缺陷或裂缝缝面导致结构开裂或裂缝扩展的工程问题在国内外多座高坝中均有发生。超疏水混凝土表面对水分具有较强的排斥作用,水流浸入裂缝的范围小于普通混凝土,对于上述工程问题应具有抑制作用。为此,将裂缝受力扩展考虑为 Boussinesq 问题,并借鉴 Westergaard 应力函数,推导了集中荷载下的缝面位移函数和均布荷载下的缝面位移和裂缝延长线应力函数。根据应变能释放率理论,建立了水流入浸导致裂缝扩展的计算模型与迭代步骤,可以进行不同疏水性材料裂缝扩展的定量分析。算例分析表明,相对普通混凝土,超疏水混凝土对高水压下的裂缝扩展具有较好的抑制作用,而且超疏水混凝土裂缝尖端具有更好的应力状态。     

基于内聚力模型的粉煤灰混凝土细观开裂研究

随着粉煤灰混凝土越来越广泛的使用,研究粉煤灰混凝土的细观开裂特性对于粉煤灰混凝土优化设计具有非要重要的意义。以内聚力模型为基础,通过数值试验的方法研究了不同粉煤灰掺量和不同孔隙率对混凝土细观力学参数和开裂的影响。研究结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,掺量对砂浆界面单元的影响程度逐渐降低,对ITZ界面单元的影响逐渐增强;粉煤灰混凝土内部孔隙处会形成应力集中现象,微裂纹沿着孔隙发展,降低了混凝土的承载能力。在混凝土的生产设计中,应平衡结构承载能力和经济要求,对掺合料的种类和用量进行合理选择。