钢纤维混凝土断裂过程测试与力学性能

为了研究钢纤维混凝土的断裂过程和承载力的估算方法,分别对4种不同尺寸的钢纤维混凝土试件进行楔入式劈裂断裂试验,并对其中2个试件粘贴应变片进行断裂过程的跟踪监测。试验得到了一系列荷载位移关系曲线,由数据计算获得各个试件的荷载与张开位移关系曲线,以及断裂损伤区变形随荷载变化曲线。结合黏聚裂纹应力强度因子与断裂准则,对各组试件的承载力进行估计,并将其计算值与试验结果的平均值作比较,两者较吻合。表明用断裂力学原理分析该类材料结构的初期失效,和估计中小尺寸构件的承载能力是可行的。     

边界效应确定混凝土断裂能的简化计算

从试件边界条件对韧带上断裂性能分布的影响出发,合理假定局部断裂能的光滑连续曲线分布,给出了与试件尺寸无关的混凝土断裂能及边界效应参数的计算模型。以不同高度的三点弯曲梁试验数据进行了分析计算并讨论了试件尺寸的选取问题。结果表明用两个试件尺寸就可以确定与试件尺寸无关的混凝土基本断裂参数,从而简化了模型中对多个试件尺寸的要求,但只有适当选取试件的两个尺寸,才能正确给出混凝土的断裂能和边界效应参数。     

不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件断裂过程试验研究

为探讨不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件断裂过程的差异性及其尺寸效应,设计了高度为0.25 m、0.30 m、0.40 m、0.50 m的4组16根不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件,对其进行全过程断裂试验,并分析了荷载~张口位移曲线、起裂和失稳荷载、起裂和失稳韧度等断裂参数的变化。结合双K断裂韧度计算方法,得到不同尺寸混凝土三点弯曲梁试件的起裂韧度和失稳韧度。结果表明:不同尺寸混凝土试件断裂过程具有差异性;起裂韧度不随试件高度的增加而变化,失稳断裂韧度随试件高度的增加而增大。试件高度从0.25 m增加到0.50 m时,失稳韧度增加了0.40 MPa·m1/2。     

楔入式紧凑拉伸法确定混凝土的断裂能

本文采用楔入式紧凑拉伸法,对6组不同高度的36个楔入式紧凑拉伸试件进行了断裂试验,研究混凝土断裂能的确定方法和尺寸效应。根据断裂功的计算原理用所测得的荷载与裂缝张开口位移曲线,分别采用幂函数和指数函数拟合得到的尾部曲线对断裂能的贡献,计算出试件的断裂能。结果表明,两种函数拟合得到的尾部曲线有所不同,由此所计算出的断裂能也有一定差异,200mm高的试件的断裂能略小,当试件高度大于300mm后,断裂能不随试件高度的增大而变化,各种尺寸试件断裂能的平均值为204N/m。可认为采用本文试验方法所确定的断裂能在试验的试件高度范围内基本上是常值,无明显尺寸效应。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土双K断裂参数

本文将虚拟裂缝模型与线弹性断裂力学相结合，利用楔入劈拉试件在实验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc，求得了混凝土裂缝亚临界扩展量Δac的解析解，据此计算了最大尺寸为700×700×200mm的楔入劈拉混凝土试件的起裂断裂韧度,失稳断裂韧度及临界裂缝尖端张开位移CTODc，并与试验结果进行了比较。研究结果表明，当试件高度h＞400mm时，、，CTODc是一个与试件高度无关的断裂参数     

岩石与混凝土界面裂缝断裂准则及断裂能的试验研究

对梁型试件进行试验研究得到了岩石与混凝土Ⅰ－Ⅱ复合型界面裂缝的临界断裂曲线方程；并对三点弯曲梁测出荷载－位移全曲线，计算出断裂能CF。     

钢纤维混凝土的破坏形态及其分析

本文对钢纤维混凝土板式试件进行了双轴受压试验研究。并分析了钢纤维混凝土的破坏形态及增强机理。其中素混凝土试件被坏呈劈裂式，钢纤维混凝土试件破坏呈断裂式。钢纤维的加入使混凝土的强度和延性得到明显增强。     

重力坝模型的尺寸效应

利用两个不同比尺预制缝重力坝模型的试验成果，以有限元富集技术进行非线性断裂分析，建立了极限承载力和长度比尺的确定性尺寸效应公式。混凝土重力坝的断裂尺寸效应满足指数衰减关系，用三次指数衰减公式可以准确地预测原型的极限承载力。断裂过程区的相对长度是引起模型试验尺寸效应的主要原因。数值计算结果表明，断裂过程区相对长度不仅是与材料有关的参数，能否充分发展还取决于结构尺寸和几何形状；断裂过程区相对长度的尺寸效应不同于统计尺寸效应和断裂参数尺寸效应，具有尺寸范围效应。断裂过程区相对长度在小试件、大试件和相对无穷大试件的发展程度不同。     

钢纤维混凝土的破坏形态及其分析

本文对钢纤维混凝土板式试件进行了双轴受压试验研究。并分析了钢纤维混凝土的破坏形态及增强机理。其中素混凝土试件被破坏呈劈裂式，钢纤维混凝土试件破坏呈断裂式。钢纤维的加入使混凝土的强度和延性得到明显增强。     

混凝土K_R阻力曲线的实用解析方法

根据混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则,提出了新的KR阻力曲线及计算新方法。该KR阻力曲线认为,裂缝的扩展阻力由混凝土材料起裂断裂韧度KiniIc和黏聚力提供的阻力组成并等于裂缝扩展的驱动力。采用该方法,只需给出混凝土的起裂断裂韧度KiniIc,弹性模量E,抗拉强度ft和断裂能GF便可计算混凝土的KR阻力曲线,而无需测定试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)全曲线。在此基础上,研究了混凝土三点弯曲梁试件强度等级从C20到C120的KR阻力曲线,计算了强度相同初始缝高比不同以及初始缝高比相同而试件高度不同的混凝土KR阻力曲线,并探讨了各种情况下的断裂过程区长度以及黏聚力分布。研究结果表明:混凝土强度等级提高,KR阻力曲线上升,但其上升幅值逐渐减小,强度等级在C60以后,其上升幅值趋于稳定;混凝土的KR阻力曲线存在一定的尺寸效应,当韧带长度足够大时,KR阻力先增大,而后趋于稳定;混凝土强度等级提高,最大完整断裂过程区长度减小;试件的尺寸对断裂过程区长度也有着较大影响。     

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。     

双箱钢—混凝土组合梁受力机理分析与试验研究

为探讨双箱钢—混凝土组合梁结构在静载作用下的作用机理及力学性能指标,对2根在不同加载方式下的组合梁试件进行了试验研究。通过测试跨中截面应变、相对滑移、纵向挠度、承载能力等参量来分析试件的荷载~应变曲线、荷载~滑移曲线、荷载~挠度曲线等力学性能指标。采用ANSYS有限元程序中的Solid65单元和Shell181单元来分别模拟组合梁中混凝土翼板和双箱钢梁,采用Combin14单元来模拟栓钉,进行FEM数值模拟分析。通过对比分析表明:其误差保持在16%以内,FEM模拟、挠度计算与试验结果吻合良好。     

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。     

不同规程下矩形钢管混凝土抗弯承载力研究

通过国内外钢管混凝土设计规程对有关试验进行了矩形钢管混凝土抗弯承载力的计算,比较了规程之间计算结果的差异。结合典型算例,分析了在不同含钢率、混凝土强度和钢材强度等影响因素下钢管混凝土抗弯承载力的变化趋势,得出了不同设计规程在进行矩形钢管混凝土构件抗弯承载力设计计算时的特点,结论具有一定的参考价值。     

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。     

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。     

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。     

钢纤维高强混凝土承台承载力影响 因素试验研究

通过17个平面尺寸700 mm x 700 mm、厚度150 } 400~的钢筋钢纤维高强混凝土四桩承 台受力性能试验,探讨了混凝土强度、钢纤维体积率、承台有效厚度、配筋率、钢纤维类型等对承台 开裂荷载和极限承载力的影响。结果表明,随着钢纤维体积率、承台有效厚度、混凝土强度、配筋率 的增加,承台承载力显著提高,同时钢纤维类型对承台承载力也有一定影响,在建立钢纤维高强混凝 土承台极限承载力计算公式时,应充分考虑到这些因素的影响