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。     

碾压混凝土断裂的数值仿真分析

本文提出了一种计算模拟混凝土构件荷栽──位移全过程曲线的方法──刚度荷载法，并采用基于钝裂带模型（ＢＣＢＭ）的混凝土材料全量型本构关系和三线型应变软化为线，编制了相应的计算分析程序，对碾压混凝土三点弯曲梁、楔入劈拉、碾压混凝土拱坝诱导缝典型结构等构件进行了计算分析，得到了结构”的荷载一位移全过程曲线、碾压混凝土材料拉伸软化曲线参数等一些有意义的数据和结果。计算结果与试验结果及用虚拟裂纹模型计算的结果吻合较好。     

混凝土受拉力学性能统一计算方法

对近20年国内进行的C10-C110强度等级的混凝土受拉力学性能的试验资料进行了重分析，结果表明，随着混凝土强度等级的提高，混凝土的轴心抗拉强度、劈拉强度、受拉弹性模量及受拉峰值应变等各力学性能指标和轴心受拉应力一应变关系曲线均具有连续变化规律．基于统计分析方法，提出了C10-C110强度等级混凝土轴心抗拉强度、劈拉强度及受拉峰值应变等力学性能指标统一计算公式和混凝土轴心受拉应力-应变全曲线计算公式，计算结果与实测结果吻合较好，对开展混凝土结构的非线性有限元分析和设计具有参考价值．     

混凝土断裂能的理论分析

针对采用三点弯曲法确定的混凝土断裂能具有明显的尺寸效应的问题,分析了三点弯曲法测量混凝土断裂能误差来源,指出荷载-挠度曲线下降段被截断的尾部曲线对断裂能测量结果影响较大．解释了断裂能测量结果的尺寸效应现象,其根本原因是断裂区以外的附加能耗随试件尺寸增大而递增;推导了断裂能的理论值,其值消除了尺寸效应的影响,可视为材料参数．     

界面剂对界面劈拉强度的影响

目的通过实验研究不同种类的水泥基无机材料界面剂对新旧混凝土劈拉强度的影响．从而得到对新旧混凝土粘结最有利的界面剂种类．方法在预先处理过的旧混凝土表面涂刷厚度为1．5～2mm的界面剂，然后浇筑新混凝土．标准养护28d后．测试粘结面的劈拉强度．通过粘结面的劈拉强度来反映不同种类的界面剂对新旧混凝土粘结效果的影响．结果在新旧混凝土界面上涂刷水胶质量比为0．3的内掺水泥质量分数10％UEA膨胀剂的水泥浆界面剂和水胶质量比为0．4的内掺水泥质量分数5％硅灰的水泥浆界面剂，与未涂刷界面剂的相比较，提高新旧混凝土劈拉强度可高达88．7％．结论掺加矿物掺合料和UEA膨胀剂能够明显的改善界面剂提高粘结强度的效果，在掺量和水胶质量比相同的条件下，掺入硅灰的效果要优于掺入粉煤灰的效果．涂刷界面剂保证新旧混凝土的粘结质量，避免了加固维修工程因粘结强度不足．导致的工程事故．     

海洋环境下FRP-混凝土界面粘结退化的可靠性分析

开展了海水浸泡作用下FRP-混凝土界面粘结性能的可靠性研究,根据海水浸泡作用后的FRP-混凝土界面粘结试验结果,分析了FRP-混凝土界面断裂能的概率分布;采用非线性回归方法建立FRP-混凝土界面断裂能与腐蚀时间的关系式。在此基础上,采用可靠度理论计算任意腐蚀时间下不同FRP-混凝土界面设计断裂能平均值和标准差的可靠度指标。结果表明:FRP-混凝土界面断裂能服从正态分布。随着腐蚀时间的增加,可靠度指标会先迅速降低后缓慢降低。设计断裂能的平均值和标准差对界面可靠度指标有较为显著的影响,平均值越大,任意腐蚀时间下的可靠度指标越小;标准差越大,可靠度指标在一段较短的腐蚀时间后会越大。     

玻璃纤维筋增强混凝土梁抗弯承载力试验研究

根据5根玻璃纤维筋增强混凝土梁的抗弯承载力试验,得出截面应变符合平截面假定的结论,其破坏模式有受拉破坏和受压破坏两种,分别由玻璃纤维筋断裂和受压区混凝土压碎控制;由荷载-应变曲线和荷载-挠度曲线可以看出,玻璃纤维筋配筋率的增加,可以在一定程度上提高抗弯承载力和降低截面挠度,因此合理地控制玻璃纤维筋的配筋率是设计中必须考虑的重要因素之一.此外,玻璃纤维筋表面喷砂可有效地提高玻璃纤维筋与混凝土的粘结力,有助于应力的传递和重分布.     

混凝土裂缝非线性断裂的简化预测方法研究

混凝土的裂缝断裂问题是评定混凝土结构工程安全的关键问题.结合起裂韧度准则和黏聚力模型,提出了一种混凝土裂缝断裂分析的简化预测方法.通过给定裂缝黏聚力的分布形式,推导了裂缝张开位移、外荷载的表达式,结合拉伸软化曲线给出了相应的求解方程和求解步骤,获得了裂缝起裂至扩展的全过程曲线.其中,裂缝扩展基于起裂韧度准则,黏聚力产生的应力强度因子和位移采用权函数方法进行计算.利用不同尺寸的楔入劈拉试件对断裂全过程进行了计算,结合现有的混凝土断裂试验成果对本文方法进行了验证.结果表明采用本方法可完整的计算裂缝断裂全过程并准确的预测带裂缝构件的极限承载力,从而验证了本文方法的有效性和合理性.     

早龄期混凝土软化关系的数值分析

为得到合适的早龄期混凝土软化曲线,更好地研究混凝土早期性能,以早龄期混凝土基本力学性能试验及断裂性能试验为基础,借助有限元软件ABAQUS对早龄期混凝土I型开裂进行了数值模拟. 通过对混凝土3点弯曲梁断裂过程数值模拟结果与试验结果的分析,总结了双线性软化曲线模型与非线性软化曲线模型的优缺点,并在此基础上提出一种新的软化曲线模型--混合型软化曲线模型. 数值计算结果与试验结果表明,混合型软化曲线模型可以准确地描述混凝土的开裂软化行为,分析混凝土的断裂性能.
     

CFRP-钢管混凝土轴压构件试验研究

目的了解圆截面CFRP-钢管混凝土轴压构件的静力性能，分析长径比和弯曲增强系数对该类构件极限承载力和承载力提高率的影响．方法对12根构件开展静力试验并对试验结果进行分析．结果对于长径比较大的试件，纵向受拉区柱中截面纵向CFRP先于纵向受压区柱中截面环向CFRP断裂；对于长径比较小的试件，纵向受压区柱中截面环向CFRP先于纵向受拉区柱中截面纵向CFRP断裂，试件的载荷-柱中挠度曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和下降段；笔者研究对象的延性优于FRP筒内填混凝土轴压构件．结论在长径比相同的条件下，随着弯曲增强系数的增加，极限承载力提高；左弯曲增强系数相同的条件下，随着长径比的增加，极限承载力降低．在长径比相同的条件下，承载力提高率近似随着弯曲增强系数的增加而线性提高；在弯曲增强系数相同的条件下，纵向CFRP对于较大长径比试件的极限承载力提高效果比较显著．     

Effect of Relative Stress on Post-Peak Uniaxial Compression Fracture Energy of Concrete

1　IntroductionItisrealizedthatthelinearelasticfracturemechan icsisnownotapplicabletofractureinordinaryconcretestructures .Todescribethesofteningbehaviorofconcrete ,differentmodelsbasedonnon linearfracturemechanicalideaswereproposed ,suchasthefictitiouscrackmodel[1](FCM )byHillerborgetal.(1976 ) ,thecrackbandmodel[2 ] byBazant (1983) ,andthetwo parameterfrac turemodel[3 ] byJenqandShah (1985 ) .ThedifficultywithFCMliesindeterminingtheval uesofthethreeparametersbyexperiments .Toobtaintheval…     

基于双K断裂模型的海水对混凝土断裂性能的影响研究

基于双K断裂模型,通过三点弯曲试验研究了海水养护、海水搅拌对混凝土断裂性能的影响。试验结果表明:海水拌制明显降低了混凝土的起裂荷载及峰值荷载,对混凝土的起裂断裂韧度KIcini及失稳韧度KIcun也均有降低作用,降幅最大分别达到52.6%和25.6%;海水养护对双K断裂参数影响相对较小,起裂断裂韧度及失稳韧度降幅范围分别为3.2%~23.4%、12.7%~20.8%。此外在海水影响下,计算得到的断裂能有较明显的降低,降幅范围在14.5%~28.1%。海水对混凝土立方体抗压强度影响较小。     

不同侵蚀环境下GFRP筋抗拉性能退化试验

为研究GFRP（glass fiber reinforced polymer）筋在不同侵蚀环境下的抗拉性能,对侵蚀前后GFRP筋进行了拉伸试验,重点分析了侵蚀环境类别和暴露时间对GFRP筋抗拉性能的影响.采用了两种侵蚀方式:一是直接将GFRP筋浸泡在碱、盐和清水溶液中,浸泡周期为180 d;二是将GFRP筋埋置于混凝土梁内,加载后将梁置于大气和氯盐干湿环境中,周期为366 d.借助扫描电子显微镜SEM（scanning electron microscopy）对埋置于混凝土梁内GFRP筋的微观结构变化及其损伤机制进行了分析.试验及分析结果表明:GFRP筋的抗拉性能随溶液直接浸泡时间的增加出现不同程度的降低,浸泡180 d后,GFRP筋的抗拉强度在碱、盐和清水溶液中分别退化30.0%、21.3%和11.3%;对于混凝土梁内GFRP筋,366 d后其抗拉强度下降约为10%;结合试验结果和SEM微观结构分析,可认为导致GFRP筋抗拉性能退化的主要原因是纤维与树脂基体黏结性能降低.最后,基于Arrhenius模型对GFRP筋在两种侵蚀方式下的抗拉性能退化进行了拟合分析,并对其在碱、盐直接浸泡和混凝土梁内环境下的长期性能进行了预测.     

海水侵蚀下钢筋混凝土轴心受压柱承载力试验研究

通过10根钢筋混凝土试验柱在多循环人工海水侵蚀后进行轴心受压试验,研究了钢筋混凝土柱在遭受腐蚀的不同时间段内的承载力的变化情况.提出了不同干湿循环条件下不同配比的钢筋混凝土柱的力学性能变化规律.     

混凝土孔结构与强度关系模型研究

研究了混凝土孔隙对强度的影响规律。结合混凝土材料科学、断裂力学的相关研究理论，分析了混凝土孔隙对弹性模量和断裂表面能的影响，对Griffith断裂理论进行了修正，进而提出了混凝土孔结构复合体模型。该模型不仅考虑了孔隙率对混凝土强度的影响，还考虑了孔径分布的影响，并对模型的断裂过程进行了分析。程序计算结果表明，计算强度与试验强度有较高的相关性，通过在模型中引入水泥质量分数对基体强度的影响能够使强度模型应用于不同水灰质量比混凝土孔结构的研究。     

Radial explosion strain and its fracture effect from confined explosion with charge of cyclonite

Instrumented experiments were conducted in concrete models to study the explosion-induced radial strain and fracture effect of rock-like media under confined explosion with a charge of cyclonite. As a charge was exploded,two different radial strain waves were sequentially recorded by a strain gage at a distance of 80 mm from the center of charge. Through the attenuation formula of the maximum compressive strain(εrmax), the distribution of εrmax and its strain rate(ε) between the charge and gage were obtained. The effect of the two waves propagating outwards on the radial fracture of surrounding media was discussed. The results show that the two waves are pertinent to the loading of shock energy (Es) and bubble energy (Eb) against concrete surrounding charge, respectively. The former wave lasts for much shorter time than the latter. The peak values of εrmax and ε of the former are higher than those of the latter, respectively.     

平面应变条件下土体剪切带的产生条件与形成机理

基于通用有限元程序ABAQUS,利用修正剑桥模型分析正常固结土在平面应变条件下剪切带的产生条件和形成机理.研究表明,土的应变软化特性不是土体形成剪切带的必要条件;而试样端部摩擦约束与初始缺陷引起试样的不均匀受力,进而产生不均匀变形是剪切带产生的必要条件.提出剪切带形成的物理机制,即不均匀受力或缺陷单元引起土体的不均匀变形,使得某一剪切面上的单元首先达到临界承载能力,变形稍有增加,其他单元的应变能迅速释放,释放的应变能引起的冲击作用导致该截面上单元变形迅速增大、荷载降低,形成连续宏观的剪切带.     

循环荷载下橡胶混凝土的断裂特性

为了研究循环荷载下橡胶掺量对混凝土断裂力学性能的影响,对5种不同橡胶掺量(0、5%、10%、15%、20%)的带缺口混凝土梁分别开展了单调和循环加载断裂试验。根据断裂试验获得的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线计算了橡胶混凝土的断裂能和耗散能,结合典型橡胶混凝土试件的破坏形态,综合分析了加载工况及橡胶颗粒掺量对混凝土断裂力学性能及能量耗散的影响规律。结果表明:随着橡胶掺量的增加,橡胶混凝土强度和弹性模量逐渐降低,而断裂能值逐渐增大。在循环加载工况下,混凝土耗散能随循环加载过程的持续逐渐累积过程与裂缝口张开位移的累积过程类似,损伤破坏过程呈现"三阶段"特征。总耗散能随橡胶掺量增加而增加,但始终不超过其断裂能。     

钢材的低周疲劳特性及双曲面本构模型的改进

为合理评估钢结构的地震损伤,研究结构钢的塑性变形与低周疲劳之间的耦合关系以及循环软化特性.通过对Q345qC钢材进行高应变反复加载试验,获得了相应的低周疲劳破坏和循环软化特性.通过研究承载力下降与塑性耗能密度之间的关系及对边界面进行缩放和移动,将循环软化特征引入材料的本构关系模型.在此基础上,采用改进后的本构关系模型对钢桥墩进行了反复荷载作用下的力学行为分析,讨论了循环软化对构件承载能力的影响.结果表明:Q345钢材具有较好的延性和较强的抗低周疲劳性能,试验未发现钢材塑性变形与低周疲劳之间存在明显的相关性;循环软化特征在较大的塑性应变状态下表现得更明显,修正后的双曲面本构关系模型可以较好地模拟钢材循环软化行为;考虑材料循环软化效应后,钢桥墩在反复荷载或地震作用下的承载力略有降低.     

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。