橡胶混凝土断裂性能试验研究

开展了橡胶混凝土三点弯曲梁断裂试验,获得了不同试件尺寸和橡胶掺量下的裂缝断裂全过程曲线,对橡胶混凝土断裂能GF及裂缝扩展K-R阻力曲线进行研究。基于数字图像相关方法,获得了橡胶混凝土试件垂直于裂缝扩展方向的全场位移和应变信息,对裂缝扩展的损伤断裂演化过程进行研究。结果表明:随试件尺寸增加和橡胶掺量提高,断裂能均呈现出上升趋势;K-R阻力曲线随试件尺寸变化表现出明显尺寸效应,橡胶掺量在0%~14%设计范围内时,K-R阻力曲线与橡胶掺量无关。     

用RILEM方法得到混凝土断裂韧度的尺度律

用两种不同配合比的混凝土制作了几何相似的直裂缝矩形截面三点弯曲梁,在MTS 815材料试验机上测试这两种混凝土的力学参数并记录了三点弯曲试件的荷载-加载点位移和荷载-裂缝端口张开位移的全过程曲线。用最大荷载和初始裂缝长度求得的断裂韧度KIC存在明显的尺寸效应,对此问题,用材料与结构研究实验所国际联合会(RILEM)推荐的方法分别得到两种混凝土材料的真实断裂韧度和有效断裂过程区长度,从而确定了混凝土断裂韧度的尺度律公式。从该公式能直接得到材料大尺寸试件的断裂韧度和断裂过程区长度,还能预测同材料的试验室尺寸下几何相似试件的断裂韧度测试值。     

基于P-CMOD曲线确定混凝土断裂能及尺寸效应分析

混凝土断裂能是评估混凝土断裂性能的关键参数。然而三点弯曲试验测得的挠度δ离散性较大,传统方法采用荷载-挠度(P-δ)曲线得到的断裂能误差较大。为了得到更准确的断裂能,假设带预制切口的混凝土梁绕虚拟裂缝的尖端旋转,合力矩做的功除以断裂面积等于断裂能,用荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线代替P-δ曲线计算断裂能,对已有的公式进行简化。对5组不同尺寸混凝土梁进行三点弯曲试验,使用简化的方法计算混凝土的断裂能。结果表明,两种方法计算的断裂能,有着明显的差异,同时P-CMOD曲线计算的断裂能离散性更小,表现出较好的稳定性。此外,对不同尺寸试件的峰值处荷载Pc、挠度δc、最大张口位移CMODc以及两种方法计算的断裂能的尺寸效应进行了分析。     

混凝土轴拉软化曲线及其尺寸效应研究

为探究尺寸效应对混凝土轴拉力学参数以及软化曲线的影响,采用MTS试验装置针对不同高度,不同切缝深度和不同直径的圆柱形预制裂缝混凝土试件开展了轴拉试验。试验结果表明：随着混凝土试件高度和直径的增大,应力-应变曲线峰后软化段逐渐趋向平缓。混凝土拉伸强度随着试件的高度和直径的增大而降低。当高径比和缝径比固定时,峰值变形随试件直径增大而增大。除此以外,混凝土试件的断裂能和临界裂缝长度也具有尺寸效应。采用Hordijk软化段模型拟合不同尺寸混凝土试件的轴拉软化曲线,验证结果表明,模型结果与试验曲线吻合良好。模型的软化段参数受试件高径比和缝径比影响不明显,而随试件直径的改变呈现出规律性变化。     

掺锂渣再生粗骨料混凝土断裂能试验研究

为研究锂渣掺量、再生粗骨料取代率和初始缝高比对混凝土断裂能的影响，制作了144个掺锂渣再生混凝土三点弯曲梁试件，试验获得各组试件的荷载-跨中位移曲线，计算其断裂能进行分析。试验结果表明：混凝土中掺入锂渣没有改善混凝土断裂能的效果，再生粗骨料适量替代卵石可以提高混凝土断裂能，因此随再生粗骨料取代率增加混凝土断裂能先增大后减小。随初始缝高比的增大，掺锂渣再生粗骨料混凝土的断裂能逐渐减小。     

FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁断裂参数的影响

为探讨纤维增强复合材料(FRP)加固带裂缝混凝土结构的最优性价比,采用损伤断裂试验,研究了FRP黏结长度对混凝土三点弯曲梁试件断裂参数的影响.通过在混凝土三点弯曲梁试件表面粘贴应变片,测试了FRP加固混凝土开裂破坏起裂荷载;利用夹式引伸计测得荷载-裂缝口张开位移曲线,根据改进的断裂韧度计算公式,计算出FRP黏结长度不同的混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c,失稳韧度K■和起裂韧度K■.结果表明:对于相同初始裂缝深度的混凝土三点弯曲梁试件,FRP加固混凝土的峰值荷载随着FRP黏结长度的增加而增大,K■和K■均随着FRP黏结长度的增加先增大再减小,当FRP黏结长度为25mm时,FRP加固混凝土三点弯曲梁试件K■和K■的平均值均达到最大,阻裂效果最佳;采用声发射(AE)无损检测技术,对上述混凝土断裂过程中的声发射参量进行识别和采集,发现对于初始缝高比为0.4的FRP加固混凝土三点弯曲梁试件而言,其FRP最佳黏结长度为25mm.     

海水环境下混凝土的断裂能及其应变软化

通过带切口梁的三点弯曲试验和楔形劈拉试验,对完全干燥、半干燥、水浸泡、海水浸泡和5%、23.4%NaCl溶液浸泡的6种不同含水状态的混凝土试件进行了测试,根据荷载-位移曲线和逆向分析,计算得到混凝土的断裂能及其应变软化曲线。结果表明,随着混凝土中水、海水和高浓度盐溶液的侵入,孔隙溶液中液体的表面张力不断增大,造成表面能下降,承载力随之降低,水浸泡后混凝土的最大承载力较干燥时降低19.6%(三点弯曲)和14.5%(楔形劈拉),海水浸泡后下降28.9%和21.7%,高浓度盐溶液浸泡后降幅更大;海水和盐溶液浸泡时后,混凝土断裂能损失24%以上,软化阶段的开裂韧性也明显降低,裂缝更易形成和扩展。从表面能、断裂能和应变软化的角度研究了海水侵入对混凝土材料造成的不利影响。     

由四点弯曲试件确定混凝土的断裂与强度参数

提出了采用四点弯曲试件确定混凝土的断裂参数与强度参数的理论模型与具体应用方法。建立了四点弯曲条件下混凝土试件名义强度的表达式。研究了不同虚拟裂缝扩展长度取值对断裂与强度参数确定结果的影响规律。分析结果表明:仅需采用小尺寸四点弯曲试件的峰值荷载,即可同时确定混凝土无尺寸效应的断裂韧度与拉伸强度。通过不同学者的试验验证,证明了所提模型与方法的合理性与可靠性。研究为混凝土真实材料参数的合理确定提供了新思路。     

非标准混凝土三点弯曲梁双K断裂韧度试验研究

采用跨度和初始缝高比恒定的非标准混凝土三点弯曲梁试件,以双K断裂理论为基础,根据改进的断裂韧度计算方法,通过试验实测试件的荷载与裂缝张口位移全过程曲线,计算不同初始裂缝长度和不同试件截面高度的非标准混凝土三点弯曲梁试件的有效裂缝长度a_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC。试验结果表明：非标准混凝土三点弯曲梁试件的起裂荷载F_ini 、最大荷载F_un以及有效裂缝长度a_c均随跨高比的减小而增大;裂缝亚临界扩展量Δa_c、起裂断裂韧度k ⁱⁿⁱ _IC和失稳断裂韧度K ^un _IC均与跨高比无关,在试验设计的试件截面高度下为一个常数。     

水泥砂浆断裂韧度的尺寸效应研究

用两种不同配合比的水泥砂浆分别制作了三组几何相似的矩形截面直裂缝三点弯曲梁.在MTS815材料试验机上进行试验,记录了试件的荷载-加载点位移(P-δ)和荷载-裂缝端口张开位移(P-ωCMOD)的全过程曲线.利用最大荷载和初始裂缝长度求得的线弹性断裂韧度存在明显的尺寸效应.为此,基于虚拟裂缝模型,认为裂缝端口张开位移是荷载、自霞和黏聚力共同作用的结果,求解该位移公式得到断裂过程区长度值,用断裂过程区长度修正初始裂缝长度后,再代入三点弯曲梁应力强度因子公式,进而得到尺寸效应程度较弱的等效断裂韧度值.