混凝土多孔砖砌体墙的开裂性能实用解析研究

为解决混凝土多孔砖砌体墙的裂缝问题,提出了一种基于竖向灰缝模型的求解其等效断裂韧度(线弹性断裂力学中裂缝发生失稳扩展的临界值)的实用解析方法.首先,运用修正的剪滞理论,分区引入变异层,建立了分层剪滞模型;然后,根据能量法则,推导出了求解其等效断裂韧度的解析计算模式.通过与3组11个试件的试验结果对比发现,该解析解的均方差和变异系数更小,且其等效断裂韧度是与试件尺寸无关的等效断裂参数,这为研究混凝土多孔砖砌体墙的开裂与破坏的预测预报提供了新的方法,在工程上具有较强的适用性.     

配筋砌块砌体剪力墙受剪承载力预测方法

为建立配筋砌块砌体剪力墙受剪破坏的力学模型和受剪承载力计算方法,根据配筋砌块砌体剪力墙受剪破坏试验特征,考虑灌芯砌块砌体材料受压过程的软化效应,提出了基于软化拉压杆模型的配筋砌块砌体剪力墙受剪承载力预测方法.通过国内外54片配筋砌块砌体剪力墙受剪试验数据对软化拉压杆模型合理性进行验证,并将其预测结果与国内外相关建议公式计算值进行对比分析.研究结果表明:软化拉压杆模型计算得到的配筋砌块砌体剪力墙受剪承载力与试验结果吻合较好,其预测值相较国内外相关建议公式计算值更接近于试验值,同时变异系数较小;而且此模型具有明确的力学模型,能够较好反映剪跨比不大于2.0的配筋砌块砌体剪力墙的剪切传力机理.     

改进纤维单元及在配筋墙体抗震研究中的应用

为了研究配筋砌块砌体剪力墙的抗震性能,在6个配筋砌块砌体剪力墙物理试验的基础上,研究并提出了一种考虑弹塑性剪切变形的纤维模型.通过按照试验条件所进行的滞回性能数值模拟与物理试验结果的对比,表明应用所改进的纤维模型模拟计算能较好地反应配筋砌块砌体剪力墙滞回性能.分析也表明,在一定条件下普通的纤维模型对于配筋砌块砌体剪力墙滞回性能分析仍是适用的,但应用本文所研究的纤维单元计算结果更好.在此基础上,利用均匀设计法安排数值试验,回归给出了一字型配筋砌块短肢砌体剪力墙滞回性能特征参数的经验公式,建议了此类配筋砌块砌体剪力墙结构弹塑性地震反应分析的滞回规律模型.     

配筋砌块砌体墙体抗剪性能影响因素的试验研究

主要对采用构造柱-芯柱配筋混凝土小型空心砌块砌体进行抗剪能力的试验研究.由于水平筋及高宽比对配筋砌体剪力墙中抗剪的提升作用是不可忽略的,通过试验研究了不同参数的两组墙体,并分析了水平钢筋与高宽比对配筋砌块砌体抗剪承载能力的影响.试验结果表明,水平钢筋有利于砌体结构抗剪性能的提高;在一定范围内,高宽比越低,抗剪性能越好.     

一种剪滞翘曲位移函数的解析构造法

针对剪力滞问题,提出了一种解析的求解方法.通过对控制微分方程解的形式进行研究,构造出一种针对不同余弦剪力分布的剪滞翘曲函数;进而对任意给定的外荷载作用下的剪力分布进行级数展开,并单独求取各剪力分量对应的正应力;最终通过对正应力进行叠加并求取剪力滞分布.采用能量变分法推导了基于任意剪滞翘曲位移函数的求解公式,并编制了通用求解程序.分别以矩形简支箱梁(不带悬臂板)受集中荷载和带悬臂箱梁受均布荷载为例,进行了计算对比.研究表明:相比于已有方法,所提出的方法对不同荷载作用形式具有更好的适应性,且由于是采用级数展开的思想,适用于任意荷载作用情况下的剪力滞分析.     

钢筋混凝土桥墩拟静力正交试验及数值模拟

为系统研究多参数组合对圆形钢筋混凝土桥墩延性抗震性能的影响,建立较可靠的数值分析模型,开展了以墩高(剪跨比)、纵筋率、轴压比、配箍率为因素的四因素三水平圆形钢筋混凝土桥墩拟静力弯曲破坏正交试验,并基于OpenSees纤维模型及等效塑性铰模型对试验桥墩的骨架曲线、滞回性能进行数值分析.结果表明:试验桥墩位移延性为5.3～...     

框架-稀疏框格复合墙抗剪承载力计算方法研究

为了增强框架结构和底部框架砌体结构的抗震性能,提出在框架内部设置稀疏框格复合墙形成组合式抗震墙的方法,并对该组合式抗震墙抗剪承载力计算方法进行研究.首先对两片1/2比例框架-疏格复合墙进行低周反复荷载试验,分析了试件的抗剪试验结果及滞回曲线特点;在试验研究的基础上,结合已有框架格构剪力墙、构造柱-芯柱砌体墙等相关试验资料,分析了框架-疏格复合墙的受力特点及抗剪机理,提出了框架-疏格复合墙抗剪承载力的通用计算公式,并给出了不同条件下公式的使用方法.计算结果与试验结果的对比表明,本文建议公式具有较好的计算精度,可供框架结构、底部框架砌体结构的新建或震后重建参考.     

纯剪应力作用下岩石的Ⅱ型断裂韧度

本文根据含Ⅱ型裂纹介质在纯剪应力场作用下,裂纹尖端的不同周向上,存在着某个方向拉应力最大,某个方向的剪应力最大,讨论了裂纹初始扩展(断裂)可能呈拉裂或剪坏两种特征,由此定义了两类相应的断裂韧度;并导出了两者的关系式。文中还介绍了笔者室内测定岩石断裂韧度的试验成果及利用剪切面含50％裂隙现场大剪试验资料分析岩石断裂韧度的方法。并讨论了实际含裂隙岩体断裂分析如何选取这两类断裂韧度值。     

配筋砌块砌体短肢剪力墙结构性能试验研究

通过对2片T形截面配筋砌块砌体短肢剪力墙足尺试件低周反复荷载试验,研究分析了这种新型墙体的破坏特征、承载能力、滞回性能和变形能力等方面的性能,并着重分析了水平筋和宽翼缘的影响．试验结果表明,配筋砌块砌体短肢剪力墙具有良好的结构性能,发生了弯剪型破坏,翼缘的存在和水平筋的设置有效改善了墙体的延性性能．     

钢带嵌缝加固砌体结构抗剪性能试验研究

为提高砌体结构抗剪强度,同时保留原有风貌,采用“弓”字型钢带或钢筋对砌体试件进行嵌齿缝加固。利用数字图像相关方法对加固后的砌体结构进行沿通缝截面抗剪强度试验研究,并建立砌体抗剪试件有限元模型,分析钢带宽度对砌体抗剪强度的影响。结果表明：嵌入钢筋或钢带,均能够有效限制层间分离,提高砌体完整性,破坏模式由单剪破坏转化为双剪破坏。承载能力大幅提高,单面钢带、双面钢带、双面钢筋加固的试件极限荷载分别提高了23.63%,61.18%,35.02%,极限荷载对应位移提高了16.38%,23.41%,16.95%。钢带或钢筋的拉结作用可以提高砌体结构的延性,改善砌体结构脆性破坏的特征。     

断裂力学在强度计算中的应用研究

根据断裂力学理论,任何承受疲劳载荷的构件实际上不可避免的存在裂纹或缺陷,从而产生脆性断裂.断裂力学建立了裂纹尺寸、应力或应变水平及材料断裂韧性三者间的定量关系.本文对线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学校验元件强度及有裂纹容器寿命的估算方法进行了研究.     

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。     

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。     

用屈服与断裂配合模型对冻土力学行为的分析

为了对冻土实验研究中出现的各种现象给出符合力学原理的解释,提出一种屈服与断裂相配合的含裂纹材料模型。该模型在通常的连续介质模型中考虑了实际材料存在缺陷的因素。屈服的表征借助塑性力学的极限原理,断裂的表达应用了断裂力学中应力强度因子概念和断裂韧度的概念。先对各种常见影响因素进行分类,将影响因素分为强化性因素与软化性因素,再根据材料的一般特性研究两类因素对配合图上临界曲线所呈现的影响规律,最后应用模型分析得到的一般规律对冻土实验研究结果进行力学分析。本模型可以简明地给出材料失效的规律性,不仅可以进行线性化的单调变化趋势的分析,还可以进行非线性的极值变化趋势的分析。既可用于对已有试验结果的解释,也可进行影响因素的预测分析。     

应力断料及其在破坏力学层面上断裂机理

应力断料是产生于八十年代初建立在断裂力学基础上的 ,能实现固体材料连续界面快速和规则分离的先进加工工艺方法。通过有色金属应力断料中的开拓性工作 ,从微细观层次上解释了应力切断断口上裂纹源的形成 ,以及裂纹扩展的物理过程 ;首次提出了变形局部化的形成与演化是材料准脆性断裂主要内因的新见解。还借助理论引伸出提高工件转速 ,以缩短圆棒件应力切断机动时间的构想     

PP纤维水稳碎石抗弯韧性及疲劳性能试验研究

通过四点弯曲试验和疲劳试验,对聚丙烯(PP)纤维水泥稳定碎石和普通水泥稳定碎石半刚性基层材料的弯曲韧性及疲劳性能进行了研究。试验得到两种材料的荷载-挠度曲线,按照JCI和ASTMC1018-97标准方法,计算得到两种材料的韧性指数;试验还得到材料在不同应力水平下的疲劳寿命,并回归出疲劳方程。研究结果表明,与普通水泥稳定碎石相比,体积掺量仅为0.077%的PP纤维水泥稳定碎石的抗折强度提高约10%,极限变形提高150%,JCI韧性指数提高67.7%,ASTM C1018-97韧性指数提高36.1%~79.8%,疲劳寿命提高126%~352%,增强效果十分显著。同时,基于断裂力学原理,揭示了纤维的阻裂增韧和抗疲劳机理。     

非常规储层体积改造中岩石脆性特征的判别方法

水平井钻井+体积改造技术是非常规领域实现突破的关键。研究储层的脆弹性特征是储层是否适合体积改造的核心问题,通过岩石力学分析、全岩分析及核磁扫描等方法,建立岩心剪切破坏观察、脆性指数计算、断裂韧性计算和岩心CT与岩石力学结合的一套用于评价储层脆性特征的综合研究方法。     

水泥稳定碎石疲劳的破坏力学分析

结合断裂力学和损伤力学的方法对水泥稳定碎石小梁疲劳寿命进行了分析。用有限元对小梁试件断裂韧度进行了计算,给出了拉应力控制的损伤演化方程,根据小梁疲劳试验的部分数据基于断裂韧度控制指标反算了损伤演化方程的系数,并用小梁疲劳试验的剩余数据对该损伤演化方程的寿命预估精度进行了验证。结果表明,用有限元计算小梁的断裂韧度具有足够的精度,基于断裂韧度为控制指标的损伤演化方程比常用的S—N方程具有更好的寿命预估能力。这种方法对小梁疲劳试验数据分析引入了力学参量,可以为实际道路结构中的寿命预估提供计算模型。     

新旧混凝土粘结断裂韧度影响因素的显著性分析

在研究新旧混凝土粘结区面的特点及影响因素的基础上,将粘结断裂韧度作为判断新旧混凝土粘结性能的主要指标,应用断裂力学理论建立粘结断裂韧度函数,在试验的基础上应用方差分析理论分析主要因素对断裂韧度影响的显著性。结果表明：旧混凝土粘结面的处理方式对粘结面断裂韧度的影响是非常显著的,粘结材料及交互作用对粘结面断裂韧度也有显著的影响。