高温后混凝土断裂性能研究

基于双K断裂韧度准则,对高温后混凝土Ⅰ型断裂性能进行试验研究,得到了历经65,120,200,300,350,400,450,500,600℃高温后混凝土试件的烧失量w.采用楔入劈拉法测得高温后试件荷载-裂缝开口位移(p-CMOD)全曲线,并据此计算出相应温度下混凝土试件的起裂韧度Kini、失稳韧度Kic、断裂能GF以及特征长度值lch.结果表明:随着受火温度的上升,Kini单调下降,而Kic,GF变化趋势为"保持不变—上升—下降";lch随温度的变化规律与Kic和GF随温度的变化规律一致,说明三者均可以作为高温后混凝土的延性指标.     

混凝土三点弯曲梁失稳韧度预测方法研究

基于采用起裂韧度扩展准则的三点弯曲梁断裂全过程数值模拟,研究了混凝土失稳韧度的预测方法及其受黏聚力分布的影响.该方法将起裂韧度作为裂缝起裂及扩展的判断标准,通过理论分析及数值迭代计算得到峰值荷载、临界有效裂缝长度及失稳韧度,摆脱了传统方法需要测量临界状态下的断裂参数才能得到失稳韧度的束缚.利用不同尺寸和不同最大骨料粒径的三点弯曲梁试验对本计算方法进行了验证.分析了不同黏聚力分布模型对失稳韧度及裂缝断裂全过程曲线的影响.研究表明本方法可以较好地预测混凝土失稳韧度,黏聚力分布模型对失稳韧度计算结果影响较小。     

高温后混凝土软化本构曲线的确定

结合高温后混凝土楔入劈拉法试验,采用3种常温下混凝土双线性软化本构曲线,借鉴常温下双K断裂模型中失稳韧度KIC,un,T与黏聚韧度KIC,c,T,起裂韧度KIC,ini,T间的定量关系,对高温后混凝土断裂韧度间的关系进行研究.结果表明：高温后黏聚韧度KIC,c,T的计算分为2种情况,用不同软化曲线计算得到的黏聚韧度值相近;由3种常温下的软化曲线计算得到的失稳断裂韧度值与实测失稳断裂韧度值能够较好吻合,现有软化曲线能较好地反映高温后混凝土断裂性能;同时验证了双K断裂模型对高温后混凝土的适用性.     

水胶比及骨料粒径对大坝混凝土断裂性能影响的研究

文中结合某大坝工程所用混凝土配合比,分别制作5组共20个混凝土试件进行三点弯曲梁断裂试验,分析了混凝土断裂参数在不同水胶比、不同骨料粒径条件下的差异。结果表明,大坝混凝土失稳韧度随所掺加粗骨料粒径的提升而增加,同时其特征长度、断裂能、起裂韧度等性能均表现出前期增长、后期降低的发展趋势;断裂能、失稳韧度和起裂韧度等参数随水胶比增加而降低,混凝土抵抗失稳破坏、开裂、裂缝生成及发展的能力随水胶比增加而降低。     

高温后混凝土残余断裂韧度性能的确定

对高温后混凝土Ⅰ型断裂性能进行了试验研究。试件几何形式统一采用《水工混凝土断裂试验规程》推荐值,历经65、120、200、300、350、400、450、500和600℃高温。采用楔入劈拉法测得高温后试件荷载—裂缝张开口位移(P-CMOD)全曲线,并据此计算相应温度下混凝土试件的起裂韧度KIQC、失稳韧度KSIC,得到随着受火温度的上升,KIQC单调下降,而KISC变化趋势为"保持不变-上升-下降"。     

不同养护温度下蒸养混凝土断裂性能研究

为了研究不同养护温度条件下蒸养混凝土断裂性能的变化规律,开展了养护温度为20、45、60、80、95℃的混凝土三点弯曲梁断裂试验.基于双K断裂理论,分析了不同养护温度下蒸养混凝土的断裂性能,探讨了高温养护条件下混凝土损伤因子与其断裂韧度损失率之间的关系.结果表明:45℃养护条件下与20℃养护条件下的混凝土力学性能和断裂性能基本相同;养护温度大于45℃后,随着养护温度升高,高温导致的热损伤效应增强,试件的起裂韧度、失稳断裂韧度、断裂能和特征长度均呈下降趋势;采用弹性模量或抗压强度定义的强度损伤因子与断裂韧度损失率具有较好的相关性.研究成果可为蒸养混凝土断裂参数研究提供依据.     

聚丙烯纤维及高温对C80 HPC断裂性能的影响

为研究PP纤维及高温对C80 高性能混凝土(C80 HPC)断裂性能的影响,对聚丙烯(polypropylene,PP)纤维体积掺量为0%和0.2%的C80 HPC模拟高温试验,并对高温后C80 HPC试件进行三点弯曲断裂性能测试,绘制荷载-开口位移曲线,计算断裂参数。结果表明:C80 HPC的起裂韧度和失稳韧度随作用温度升高总体呈下降趋势;起裂韧度单调下降;失稳韧度在温度低于300℃时略有下降,400℃时反弹,略高于常温值,400℃以后迅速下降;掺0.2%PP纤维C80 HPC的起裂韧度和失稳韧度均高于不掺纤维的C80 HPC,PP纤维能改善C80 HPC的抗裂性能。     

高温后高强混凝土断裂性能研究

高强混凝土(High-Strength Concrete,HSC)广泛应用于各类复杂建筑中,火灾后高强混凝土的断裂和力学性能具有很大研究价值。通过带有初始切口的三点弯曲梁试验,研究了C50、C70、C90三种强度等级混凝土在历经25℃～800℃高温后的断裂性能,对比了夹式引伸计与DIC两种方法测得的荷载-位移曲线,分析了高温后残余抗压、劈拉强度、起裂韧度、失稳韧度和断裂能随所历经最高温度的变化规律。结果表明:夹式引伸计与DIC两种方法得到的荷载-位移试验数据吻合良好,基本重叠。起裂韧度和失稳韧度均随温度升高而下降,混凝土强度等级为C50时,断裂能随温度发展呈现先升高后降低的规律,混凝土强度等级为C70、C90时,断裂能随温度发展呈现先快速下降后缓慢下降(200℃后)的规律。     

混凝土结构裂缝扩展的双G准则

断裂力学基本上有两种分析裂缝稳定性的方法 :应力强度因子法和能量法。在混凝土断裂性能的描述上两者应该是等效的。针对目前大多数混凝土断裂模型以应力强度因子型的断裂韧度作为判定准则 ,本文尝试从能量的角度出发 ,结合线弹性断裂力学和虚拟裂缝区上的黏聚力分布 ,以能量释放率G作为断裂性能判定参数 ,建立了混凝土结构裂缝扩展的双G准则。与双K断裂参数相对应 ,双G准则引入了两个重要的裂缝扩展判定参量 :起裂断裂韧度GiniIc 和失稳断裂韧度GunIc 。其中 ,起裂断裂韧度GiniIc 对应于起裂荷载Pini和初始裂缝长度a0 ;失稳断裂韧度GunIc 对应于极值荷载Pmax和临界有效裂缝长度ac。根据线性渐进叠加假定 ,可以把 (Pini,a0 )和(Pmax,ac)代入线弹性断裂力学相对应的公式直接求得GiniIc 和GunIc 。考虑到起裂荷载Pini的不易确定性 ,本文引入黏聚力分布引起的能量损耗GcIc,通过三者GiniIc 、GunIc 和GcIc的关系 ,给出了起裂断裂韧度GiniIc 和失稳断裂韧度GunIc的适用计算公式 ,并通过三点弯曲梁实验得到了验证。     

静水压力环境下混凝土裂缝扩展长度试验研究

混凝土裂缝扩展一直是工程界研究的热门课题,而水压下混凝土裂缝扩展的研究对于混凝土坝的安全运行有着极为重要的作用。基于此背景,开展了大型混凝土试件在水压装置作用下的裂缝扩张长度的研究,通过全桥应变连接的试验方法和双K断裂理论,分别得到了裂缝扩展长度,并根据对应长度计算了失稳断裂韧度和黏聚断裂韧度。结果表明裂缝扩展长度在两种方法下的误差较小。断裂韧度的最大误差相对较大,但平均误差仍在工程允许范围内。     

极地低温环境下混凝土断裂性能试验研究

为研究寒区和极地低温环境下混凝土结构的抗裂性能,设计了36个试件,对其进行了三点弯曲梁断裂试验,分析了20~-80 ℃温度区间内混凝土双K断裂韧度、断裂能和特征长度等关键断裂参数。结果表明：低温环境下,混凝土粗骨料和砂浆界面强度有所提高,横截面上有更多粗骨料发生断裂破坏;随着温度的降低,混凝土梁开裂荷载及峰值荷载有所提高,荷载-位移曲线斜率变大;混凝土断裂性能在低温环境下明显增强,其起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能均随温度的降低得到提高;低温环境下混凝土脆性变大,特征长度随温度的降低而减小。对低温作用下混凝土断裂能的增强规律进行定量分析,拓展CEB-FIP MC2010混凝土断裂能计算模型的适用范围。基于低温环境下立方体抗压和劈裂抗拉试验结果,分别提出了混凝土断裂能计算模型。     

钢-PVA混杂纤维高强再生骨料混凝土断裂性能

为提高再生骨料混凝土的断裂性能,通过三点弯曲梁断裂试验,研究钢纤维、钢-PVA混杂纤维对高强再生骨料混凝土(RAC)断裂性能的影响。结果表明：未掺纤维的高强RAC脆性较大,断裂性能差,而钢纤维、钢-PVA混杂纤维对高强RAC的断裂破坏延缓作用明显;钢纤维与PVA纤维混杂后的高强RAC比单掺钢纤维时,其荷载-变形曲线更为饱满且下降段更为平缓;单掺钢纤维时高强RAC的失稳韧度及断裂能显著提升,但起裂韧度基本没有提高,而钢纤维与PVA纤维混杂后RAC各项断裂参数均有明显改善,对其起裂韧度的提升效果较好,在体积掺量为0.2%的PVA纤维与体积掺量为1.0%的钢纤维混杂时混杂效应较优,对高强RAC各项断裂性能的改善效果最为理想。     

标准钢筋混凝土三点弯曲梁双K断裂特性试验研究

为研究缝高比对钢筋混凝土起裂韧度、失稳韧度等断裂参数的影响,以及钢筋在混凝土裂缝扩张过程中对裂缝的限制作用,设计制作了4组初始缝高比分别为0.2、0.3、0.4、0.5的标准钢筋混凝土三点弯曲梁,对其进行了断裂性能试验研究。根据试验现象分析了裂缝扩展过程,在此基础上建立了断裂韧度计算模型,给出了考虑钢筋限裂作用后的有效裂缝长度计算式。研究结果表明：在引入适应于钢筋混凝土的断裂韧度后,其裂缝扩展过程也可以用双K断裂准则来描述;当试件的初始缝高比大于或等于0.4时,钢筋混凝土三点弯曲梁的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度与初始缝高比无关;声发射参量可以准确地确定试件的起裂荷载值,而且与传统的应变片法相比,声发射信号能更好地反映试件内部真实的起裂状态。     

双裂缝混凝土试件断裂过程试验研究

为了研究不同缝间跨比值（RCSS）混凝土三点弯曲梁试件断裂参数变化规律,并探讨边缝的存在对跨中裂缝断裂特性的影响,以双K断裂理论为基础,设计制作了4组相同初始缝高比、不同缝间跨比值（0、0.1、0.15、0.2）的混凝土三点弯曲梁试件,研究跨中主裂缝起裂韧度和失稳韧度的变化规律.结果表明：起裂韧度随着缝间跨比值的增加而增大,均值从缝间跨比值为0到0.2增加了0.14MPa·m1/2;失稳韧度随着缝间跨比值的增加而减小,均值从缝间跨比值为0到0.2减小了0.09MPa·m1/2;这种变化使混凝土的韧性逐渐减小,脆性逐渐增加.     

碾压再生混凝土断裂性能试验研究

对碾压再生混凝土和普通再生混凝土进行楔入劈拉试验,计算比较了不同再生粗骨料掺量的碾压再生混凝土和普通再生混凝土的断裂韧度、断裂能和尖端开口位移,并与普通混凝土进行比较。初步研究表明:碾压对再生混凝土的断裂性能有明显影响5,0%再生粗骨料掺量的碾压再生混凝土的断裂韧度KIC和断裂能GF均比50%再生粗骨料掺量的普通再生混凝土的断裂韧度KIC和断裂能GF有所提高。与普通混凝土相比,再生混凝土延性增强,断裂能GF提高,但尚须进一步验证。     

钢纤维大粒径混凝土断裂性能研究

针对水利工程对大粒径混凝土增韧限裂的要求，进行了二级配骨料钢纤维混凝土的断裂性能试验，得出了在不同钢纤维体积率下的断裂韧度和断裂能，并通过方差分析了钢纤维长度、骨料粒径和试件尺寸等对钢纤维混凝土断裂韧度的影响。结果表明：钢纤维的掺入明显提高了二级配混凝土的断裂性能，对其有良好的增韧效果。     

长龄期中低热混凝土断裂性能试验研究

为了研究水泥种类对长龄期混凝土材料断裂参数的影响,采用楔入劈拉试验和强度试验的方法,再结合双K断裂理论,对比分析低热和中热硅酸盐水泥混凝土的断裂性能。试验结果表明:长龄期低热混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度与中热混凝土的比值分别为1.11、1.07倍;相同初始缝高比条件下,长龄期低热混凝土的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度和断裂能明显高于中热混凝土;低热和中热混凝土的起裂断裂韧度都与初始缝高比无关,可视为材料的固有参数,失稳断裂韧度随初始缝高比的增加而减小;亚临界裂缝扩展量都随初始缝高比的增加而减小,随初始缝高比的增加,混凝土材料的韧性越差,裂缝扩展越不充分;相同初始缝高比条件下,中低热混凝土的亚临界裂缝扩展量相差不大。     

矿物掺合料对高性能混凝土断裂性能影响的试验研究

通过带缺口高性能混凝土小梁的三点弯曲断裂试验,研究了不同掺量的矿物掺合料粉煤灰、硅粉对高性能混凝土断裂性能的影响。根据试验得到的荷载-挠度曲线和荷载-裂缝嘴张开位移曲线,运用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂力学理论,计算了起裂韧度、失稳韧度、断裂能等断裂性能评价指标。试验表明:高性能混凝土断裂性能随活性矿物掺合料掺量的逐渐增大呈先增大后减小的趋势。     

混凝土断裂韧度的尺寸效应研究

本文采用最大尺寸为７０ｃｍ×７０ｃｍ×２０ｃｍ的楔入劈拉试件进行了断裂试验，研究试件高度对混凝上断裂韧度的影响规律。采用电阻应变片并结合计算机数据采集系统测得了混凝土试件裂缝的起裂、稳定扩展和失稳破坏的全过程，利用测得的裂缝亚临界扩展量△ａ＿ｃ对混凝土断裂韧度进行了修正。