内部裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响

为研究混凝土梁内部贯穿裂缝缺陷对其断裂性能的影响,设计了含不同裂缝缺陷混凝土梁的三点弯曲断裂试验,研究不同长度、位置及数量的水平裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响。通过试验测得的P-D_m曲线以及相关试验数据计算得到含不同裂缝缺陷的混凝土断裂参数与断裂能。对比结果可知:混凝土三点弯曲梁的起裂荷载和起裂韧度受水平裂缝缺陷参数变化的影响较小,而失稳荷载和失稳韧度受水平裂缝缺陷的影响较大;水平裂缝越长,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝距离试件的底部越近,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度和断裂能也越小。水平裂缝数量越多,试验测得其失稳荷载越小,计算得到的失稳韧度越小,断裂能也越小。该现象表明混凝土试件中含线性缺陷导致材料的缺失量越大,其完全断裂所消耗的能量越小,且测得的断裂参数值也越小。     

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。     

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。     

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。     

高强混凝土双K断裂参数测试及计算方法

采用楔入劈拉试样研究高强混凝土的双K断裂参数测试和计算方法。利用应变片测定试件的起裂荷载,计算得到试件精确的起裂断裂韧度。认为利用普通混凝土双线性软化曲线的经验参数,并基于虚拟裂缝扩展黏聚力强度理论间接计算得到的起裂断裂韧度值偏小,因此迫切需要进一步研究高强混凝土软化曲线的参数,以完善混凝土的双K断裂理论。     

全级配混凝土梁弯拉应力-应变全曲线的细观力学模拟

为了测定全级配混凝土梁的抗弯强度,采用位移控制的加载有限元程序模拟了全级配混凝土梁的弯拉实验,得到了相应的弯曲拉伸应力一应变全曲线.数值模拟得到的梁的极限荷载、抗弯强度与试验结果基本吻合.数值模拟结果还表明,四级配混凝土梁的极限荷载高于三级配混凝土梁,但是抗弯强度低于三级配混凝土.梁的最终破坏表现为一条主裂缝贯通混凝土梁的横截面,表现出较强的拉应变软化现象和局部化现象.     

钢筋混凝土断裂参数试验研究

按照三点弯曲梁断裂试验方法测得试件最大荷载、裂缝张口位移等参数,依据《水工混凝土断裂试验规程》计算出试件的断裂韧度值。分析了钢筋在混凝土中的限裂作用,同时利用声发射技术判断起裂点。试验结果表明:采用声发射振铃计数曲线、事件计数曲线、声发射能量曲线、振幅曲线判断起裂荷载具有较高的准确性;钢筋在混凝土试件中起到限裂作用,钢筋的位置对试件断裂韧度具有一定影响。     

自密实轻骨料混凝土断裂全过程分析

为研究自密实轻骨料混凝土的断裂特性,引入以起裂断裂韧度为参数的裂缝扩展准则,采用数值方法分析了自密实轻骨料混凝土三点弯曲梁裂缝扩展的全过程,得到了不同缝高比的自密实轻骨料混凝土梁在三点荷载下的荷载-裂缝口张开位移曲线,并根据裂缝扩展准则,计算了自密实轻骨料混凝土的断裂过程区长度和裂缝扩展阻力曲线。结果表明:试验和计算的荷载-裂缝口张开位移曲线吻合良好,验证了裂缝扩展准则的正确性;试验断裂过程区长度随着裂缝增长先增大,达到完整断裂过程区长度后减小;自密实轻骨料混凝土的裂缝阻力随着裂缝长度增加而不断增大,初始缝高比对裂缝扩展阻力曲线数值和形状的影响并不明显。     

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。     

长期荷载对混凝土断裂性能影响的试验与数值研究

徐变对混凝土结构的耐久性有重要影响。为研究徐变对混凝土断裂性能的影响,对带有预制 裂缝的混凝土梁进行了30％极限荷载和起裂荷载两种水平的弯曲徐变试验,持载时间116ｄ,并对徐变 后试件进行三点弯曲梁试验。试验结果表明,30％极限荷载应力水平下,试件中裂缝没有发生扩展,而 起裂荷载应力水平下,试件中裂缝产生扩展。通过考虑微裂缝扩展的影响,计算了起裂荷载作用后试件 的临界裂缝扩展长度、断裂能和断裂韧度。计算结果表明,徐变过程中微裂缝的扩展对断裂能的影响不 大,但是持续起裂荷载作用后试件的临界裂缝扩展长度和失稳断裂韧度提高。最后,考虑徐变裂缝断裂 过程区的黏聚力松弛效应,引入基于起裂断裂韧度的裂缝扩展准则,数值计算了荷载－裂缝口张开位移 曲线,与试验结果对比吻合良好,验证了考虑长期荷载作用的裂缝扩展全过程数值方法的可行性。     

基于扩展有限元法的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展模拟研究

扩展有限元法(X-FEM)是一种研究裂纹扩展的有效路径,其基于单元分解的思想引入了加强函数,避免了在处理非连续问题时对网格重新划分。利用扩展有限元法模拟了混凝土三点弯曲梁开裂的全过程,得到了三点弯曲梁在不同缝高比、不同试件厚度条件下的荷载-位移曲线(P-CMOD),结合线性叠加原理和双K断裂准则计算其断裂参数,同时对这些参数进行比较分析。对不同距离偏置裂缝三点弯曲梁进行数值模拟,分析了初始裂缝位置对裂纹发展规律和承载力的影响。通过与已有试验得到的断裂规律进行比较,结果表明:起裂荷载和失稳荷载随缝高比增大而减小;随着试件厚度增大,起裂荷载和失稳荷载随之增大,但起裂韧度和失稳韧度没有明显变化;数值模拟结果符合试验的断裂规律,验证了扩展有限元的合理性。     

采用荷载-裂缝张开口位移曲线确定混凝土三点弯曲梁的断裂能

在采用荷载-裂缝口张开位移曲线确定断裂能思路的启发下,假设带缺口梁旋转点为等效虚拟裂缝的尖端点,根据旋转角和断裂功的概念,推导出了由三点弯曲梁试验测定的荷载-裂缝口张开位移曲线计算断裂能的计算公式,进行了不同高度的三点弯曲梁断裂试验,使用新公式计算了断裂能.结果表明,在试验范围内由荷载-裂缝口张开位移曲线计算的断裂能接近于采用RILEM方法确定的断裂能,且变化较为稳定,可认为不存在尺寸效应.     

预应力钢骨超高强混凝土梁抗弯性能非线性分析

为全面了解预应力钢骨超高强混凝土梁的受力性能,采用ANSYS对预应力钢骨超高强混凝土梁在静力荷载作用下的抗弯受力过程进行数值模拟分析,并与试验结果进行比较。结果表明,该模型所得的开裂荷载、极限荷载、钢筋屈服荷载以及荷载位移曲线与试验结果接近,验证了有限元模型的正确性。模型为预应力钢骨混凝土结构的非线性分析提供了一种较为准确的数值模拟方法。     

UHTCC三点弯曲梁裂纹扩展的数值模拟研究

为了探究超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)断裂性能,选取三点弯曲梁作为研究对象,应用ABAQUS软件中的扩展有限元方法(XFEM)分析模块,模拟分析了加载条件下三点弯曲梁的裂纹扩展过程和规律,并进行了UHTCC力学参数敏感性分析。根据数值模拟结果,分析了三点弯曲梁的起裂荷载、失稳最大荷载、起裂韧度、临界等效裂缝长度、失稳断裂韧度等指标。结果表明,数值模拟结果与物理试验结果总体一致,UHTCC比普通混凝土具有很好的抗开裂能力和延性;在弹性模量、抗拉强度、断裂能参数原值的基础上,分别提高30%和降低30%。分析了3个力学参数对三点弯曲梁的起裂荷载、失稳最大荷载及其对应的裂缝张开位移影响程度。参数敏感性分析结果表明,弹性模量愈小,抗拉强度愈大,材料断裂失稳延性愈明显,而断裂能对断裂失稳延展性影响不明显。研究成果为UHTCC的材料设计、推广应用以及相应的结构分析等具有参考价值。     

基于声发射信号表征混凝土断裂过程的异常现象

混凝土作为一种人工石材,由于浇筑过程的影响,其断裂破坏过程不可避免地存在一定随机性。利用声发射实时动态无损监测技术,分析了带预制裂缝混凝土三点弯曲梁试件裂缝扩展发生偏移和钢筋混凝土三点弯曲梁破坏荷载循环增减等特殊试验现象存在的客观性。试验分析发现,预制裂缝尖端粗骨料的存在,致使裂缝并非沿着预制裂缝直接向前扩展,而是出现绕道扩展的现象;配筋率过大时,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的破坏荷载值将维持在钢筋极限屈服强度附近循环变化。可见,钢筋混凝土三点弯曲梁试件的失稳荷载取决于配筋率的高低。研究成果表明声发射技术可为开展混凝土损伤断裂试验提供一种新的研究手段。     

考虑黏聚力损失的岩石残余强度模型与数值验证

岩石的峰后力学性质对于维持岩土工程结构的稳定性至关重要,为研究岩石峰后残余强度的确定方法,利用岩石进入残余强度阶段后摩擦力强度增强、黏聚力强度减小的特点,通过假定岩石进入残余变形阶段后黏聚力强度为0,基于HOEK-BROWN破坏准则,建立了一种考虑岩石进入残余强度阶段时黏聚力损失的岩石残余强度模型。用该模型拟合完整粗晶大理岩的室内三轴试验结果,并与已有M-C模型和Joseph模型等方法对比分析,讨论了模型的优势。将该模型嵌入到FLAC3D软件中进行数值模拟验证,结果表明:该岩石残余强度模型能正确反映不同围压条件下岩石力学响应的基本规律,得到的残余强度值与试验结果吻合良好,其随围压变化的拟合曲线符合试验数据拟合结果的特点,即经过原点及高围压条件下未出现应变硬化现象。研究成果对分析岩石残余强度的确定方法具有较强的参考价值或指导意义。     

基于细观力学全级配混凝土梁弯拉试验的数值模拟

在细观层次上将全级配混凝土梁的跨中区域看作是由硬化水泥砂浆,粗骨料及两者间的粘结带构成的三相复合材料,采用位移控制的加载有限元程序对全级配混凝土梁的弯拉实验进行了数值模拟。数值试验结果表明:(1)对于同样尺寸的试件来说,三级配和四级配梁计算所得的极限荷载和抗弯强度基本接近。(2)对于同样级配的试件来说,截面尺寸大的梁计算所得的极限荷载远高于较小尺寸的极限荷载。(3)其它参数一定的情况下,粘结带抗拉强度每提高12.5%,全级配混凝土梁的极限荷载和抗弯强度提高约10%。