混凝土软化本构关系对双K断裂参数的影响

混凝土裂缝扩展的双K断裂准则,用于描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。其相应的双K断裂参数K_ICⁱⁿⁱ、K_IC^un可通过简便的实验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定。已取得的研究结果表明,起裂韧度K_ICⁱⁿⁱ的解析解与所确定的混凝土软化本构关系有关。对于简单实用的双线性软化本构曲线而言,参数σ_s、w_s、w₀的取值直接影响软化本构关系的确定。根据本课题组新近所做楔入劈拉实验,经分析对比得到了与实测结果相符合、为确定双K断裂参数所使用的双线性软化本构曲线的相应参数。     

混凝土断裂过程区长度计算方法研究

该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明：断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。     

测定混凝土应变软化曲线的J积分法

本文提供用普通材料试验机对含有不同初始裂缝深度混凝土劈裂试件进行断裂试验的结果。试验得到了稳定的荷载位移全过程曲线。求得了断裂韧度JIC、δC、断裂能GF；并由J积分法推导出了混凝土材料的拉应变软化曲线。     

基于虚拟裂缝模型求解混凝土等效断裂韧度的实用解析方法

主裂缝亚临界扩展所形成的虚拟裂缝区的粘聚力是影响混凝土断裂韧度尺寸相关性的重要因素。根据混凝土准脆性材料的断裂特性,建立了一种基于虚拟裂缝模型的求解混凝土等效断裂韧度的实用解析方法。首先根据复合材料力学和线弹性断裂力学的基本原理,将虚拟裂缝的粘聚力作为相应的边界条件,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,推导出求解混凝土等效断裂韧度的解析计算模式;最后针对相关试验的数值解,得到了混凝土等效断裂韧度的解析解。结果表明,对于不同的子层数,体积系列试件的混凝土等效断裂韧度均方差和变异系数分别低于0.0398和0.0384,高度系列试件的混凝土等效断裂韧度均方差和变异系数分别低于0.0394和0.0363,从而证明了混凝土等效断裂韧度是与试件尺寸无关的断裂参数;且与数值解相比,解析解的均方差和变异系数更小,证明了本文解析方法具有更好的鲁棒性。由此得出结论,基于虚拟裂缝模型所建立的解析模式为求解混凝土等效断裂韧度提供了一种可靠的、实用的解析方法。     

混凝土裂缝扩展的断裂过程准则与解析

该研究工作对混凝土这一多相的复合材料,通过实验和理论相结合的科学手段,建立了一套完整的描述混凝土裂缝发展的断裂理论以及分析方法。根据实验观测结果提出了双K断裂参数,可以反映混凝土裂缝发展特性。在线形渐进叠加假定基础上,给出了双K断裂参数的解析表达式。根据分布于断裂过程区上粘聚力对裂缝扩展阻力的增强作用,得到了双K断裂参数适用的解析解,并通过实验分析了各种可能因素对双K断裂参数的影响。在考虑粘聚力影响条件下,提出了裂缝扩展阻力的新KR曲线,并将双K断裂参数与之对应起来。研究工作又通过能量的观点提出了与双K断裂参数相对应的以能量释放率为参数的双G断裂参数。通过数值计算和实验分析证实了能量法和应力场法在描述混凝土断裂性能方面的等效性。     

基于界面断裂的粘聚区长度计算方法研究

基于各向异性双材料界面断裂力学理论,再根据D-B模型假设的有限裂纹尖端奇异性将消失,推导出复合材料分层裂纹尖端粘聚区长度的计算模型。结果显示复合材料分层裂纹尖端粘聚区具有振荡性(当振荡因子0时),并且粘聚区长度与裂纹长度、应力值及振荡因子有关。将新模型应用于界面单元法中,模拟了双悬臂梁(DCB)和混合型弯曲梁(MBB)分层扩展过程中的载荷-位移关系,并比较了不同的粘聚区长度对收敛性和计算精度的影响,结果表明该模型可较精确地计算复合材料的粘聚区长度,以此为基础划分网格能同时保证收敛性和计算精度要求,并可有效地节省运算时间。     

求解混凝土等效断裂韧度的小波基无单元方法

考虑混凝土主裂缝亚临界扩展长度及虚拟裂缝区粘聚力,利用,积分与应力强度因子的解析关系,建立基于小波基无单元方法求解混凝土等效断裂韧度的数值方法,研究不同基底小波分辨率对混凝土等效断裂韧度计算值的影响。对8个带裂缝试件的混凝土等效断裂韧度的计算结果表明:在相同小波基分辨率下,4根体积系列试件的计算值的均方差和变异系数分别小于0.0244和0.0231,4根高度系列试件的计算值的均方差和变异系数分别小于0.0384和0.0362,计算结果的一致性好;与解析解相比,8个试件的计算值的最大相对误差均在5%左右,计算结果的精度高;且不同小波基分辨率对计算结果影响不大。由此得出结论,小波基无单元方法是求解混凝土等效断裂韧度的一种可靠的高精度数值方法,可以作为混凝土断裂力学的一种有力的计算工具。     

混凝土裂缝端部粘聚力的计算

混凝土裂缝端部断裂过程区的粘聚力分布是导致混凝土断裂呈现非线性特性的重要原因。基于混凝土的断裂特性和虚拟裂缝端部存在粘聚力的分析模型，并通过分布函数的特性分析，提出了粘聚力分布函数的两种简化表达式：一为单参数待定式，另一为双参数待定式。由变形体叠加原理，推导出计算单参数待定函数公式和计算双参数待定函数代数方程组。进而通过裂缝张开位移实测数据即可求得粘聚力分布，并且给出了适当的算例分析和讨论。     

电测法确定低强混凝土裂缝起裂和等效裂缝长度

该文设计了3种低强度混凝土三点弯曲切口梁,测试研究其双K断裂参数。试验中采用标距为5 mm和10 mm的应变片以半桥连接方式测量预制裂缝的起裂荷载,比较其工作性,发现应变片测量起裂荷载具有强度敏感性,短标距应变片更适宜测量本试验用低强度混凝土的裂缝起裂。试验中另沿韧带方向布置4组半桥应变片,根据各测点处拉应变回缩时的荷载与裂缝口张开位移,计算裂缝发展至测点高度时刻的等效裂缝长度,并与此时的实际缝长比较,结果表明双K断裂模型在预测裂缝长度方面具有较好的适用性。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土断裂过程区研究

利用虚拟裂缝模型对混凝土断裂过程区进行了研究.以无限大板中心拉伸裂缝模型为例,将过程区裂缝张开位移采用多项式级数形式表示,求得了断裂过程区上的位移分布和粘聚力分布.进而分析了材料参数对断裂过程区上的位移、粘聚力、断裂过程区长度以及峰值外荷载的影响.结果表明：断裂过程区上的位移和粘聚力均为非线性分布.断裂过程区长度随骨料最大粒径增大而逐渐增大,随抗压强度增大而逐渐减小.峰值外荷载随骨料最大粒径和抗压强度增大均逐渐增大.     

用实用解析法计算混凝土基于裂缝粘聚力的新KR阻力曲线

对三点弯曲梁混凝土试件,虚拟断裂过程区上粘聚力呈线性或双线性分布的,可以用实用解析法计算混凝土双K断裂参数及新KR阻力曲线。实用解析方法是用简单函数拟合Green函数,将粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子积分算式转化为简单的算术表达式。该方法无需进行数值积分,简化了计算过程。采用不同尺寸的三点弯曲梁混凝土试件的试验结果...     

成层混凝土的剪切强度和Ⅱ型断裂韧度

该文对成层混凝土的层间结合性能进行研究,通过直接剪切试验和双边缺口单边加载断裂试验测得混凝土层间的抗剪强度参数和Ⅱ型断裂韧度,研究了混凝土浇筑的层间间隔时间对成层混凝土层间结合性能的影响。试验结果表明：Ⅱ型断裂韧度K_Ⅱc与粘聚力c具有较好的线性相关性,而其与摩擦系数f不具有明显相关性。同时根据Ⅱ型断裂的定义假定断裂时满足摩尔库伦准则,推导出K_Ⅱc与c具有线性相关性。因此Ⅱ型断裂韧度可根据粘聚力直接估计出,避免了进行复杂而难以控制试验要素的Ⅱ型断裂试验。此方法为成层混凝土日后的断裂力学研究,提供了可参考的参数。     

基于等效纯弯曲梁的混凝土双K断裂参数研究

因四点弯曲梁跨中裂缝截面附近处于纯弯段,故其从理论上更符合Ι型断裂模式。基于此,该文通过开展跨中带缝的四点弯曲梁试验,将荷载作用下的四点弯曲梁纯弯曲段等效为纯弯曲梁,基于线性叠加原理给出了计算混凝土四点弯曲梁双K断裂参数的计算公式,并研究了不同初始缝高比（0.2、0.3、0.4、0.5及0.6）对四点弯曲梁双K断裂参数的影响,结果表明:随着初始缝高比的增大,试件起裂荷载P_ini,最大荷载P_max及相对临界有效裂缝扩展长度（a_c-a₀）/H均逐渐减小;起裂断裂韧度K_ICini和失稳断裂韧度K_ICun基本保持不变。可见,四点弯曲梁可以用于研究混凝土的双K断裂参数。