混凝土断裂能的边界效应

本文从试件边界条件对断裂性能的影响出发,通过局部断裂能在韧带分布的连续光滑曲线假定,给出了真实的混凝土断裂能表达式,称为光滑曲线模型,并与受扰韧带模型及双线性模型进行了初步比较,同时,进行了4组不同韧带长度的楔人劈拉试验.结果表明,根据断裂功方法测得的混凝土断裂能的尺寸效应是由于局部断裂能在试件韧带上分布的不均匀引起的,而此分布特性受试件边界条件的影响;当试件尺寸足够大时由试验测得的断裂能即为混凝土的真实断裂能,也就是试验测试值的极限值;本文模型计算得到的混凝土断裂能与受扰韧带模型及双线性模型的计算结果非常接近,但3个模型在描述边界条件对其影响的程度上却各不相同,有待于做进一步研究.     

新老混凝土粘结断裂韧度计算方法探讨

本文在新老混凝土粘结试件三点弯曲切口梁断裂试验的基础上，对影响新老混凝土粘结而断裂性能的主要因素进行了显著性分析，其各因素对粘结断裂韧度影响的显著性大小依次为界面粗糙度、界面剂类型、粘结龄期、混凝土强度、混凝土粗骨料最大粒径等，并推导出新老混凝土粘结断裂韧度的多因素计算公式，可为工程设计和加固维修提供参考。     

基于内聚力模型的混凝土细观拉压统一数值模拟方法

将混凝土内聚力模型的适用范围从原来的细观受拉断裂模拟拓展到了细观受压断裂模拟,并实现了用统一的数值方法来模拟混凝土受压和受拉的细观损伤破坏行为。参考以往的试验研究以及结合内聚力模型的特点,定义了内聚力单元的混合断裂准则以及全局接触关系;建立了不同网格精度的对照模型,讨论了网格敏感性问题;模拟了混凝土在单轴拉伸和压缩作用下的受力全过程,并对断裂能、界面强度、骨料形状和骨料材料类型进行了参数研究;从破坏形态和力学响应的角度探究了混凝土细观断裂和接触行为对整体力学性能的影响。结果表明:较受拉数值模拟,受压数值模拟结果的网格敏感性问题更突出,过粗的网格划分会限制模型的内力重分布;混凝土在单轴受拉时发生的是偏向于Ⅰ型断裂的混合型断裂,其中因Ⅰ型和Ⅱ型断裂能之差所致的混合型断裂能约占受拉总断裂能的一半;骨料颗粒的光滑程度越高,混凝土的单轴极限拉压强度也越高,但颗粒间的机械咬合作用越弱,导致抗压强度退化越快。     

直接拉伸下混凝土的断裂能

混凝土的断裂能是包含混凝土弹性阶段、塑性阶段及破坏全过程的综合参数，本文采用混凝土断裂能测试中最直观的直接拉伸法，对３种配合比、４种不同截面共６组试件进行了对比试验，探讨了直接拉伸试验下混凝土的断裂断。     

基于粘结裂缝模型的混凝土断裂过程及参数研究

为研究混凝土细观结构对混凝土断裂参数的影响,基于ＡＢＡＱＵＳ平台进行二次开发,自编０厚度粘结单元嵌入程序,建立混凝土细观粘结裂缝模型对文献中的水工二级配混凝土断裂过程进行数值模拟并验证数值模型的准确性。在此基础上结合边界效应模型预测混凝土的断裂参数以及分析骨料粒径、骨料形状对混凝土断裂参数的影响。结果表明:混凝土细观粘结裂缝模型能准确模拟混凝土损伤断裂全过程,数值模拟得到的荷载－裂缝口张开位移曲线关键点与文献中试验所得关键点平均值相对误差在１０％以内;数值模拟结果经边界效应模型计算得到的混凝土抗拉强度、断裂韧度与文献中采用规范公式计算的相对误差在７％以内;随着骨料平均粒径的增大,混凝土材料的抗拉强度逐渐减小,断裂韧度逐渐增加。该研究可为混凝土断裂参数的预测提供参考。     

碳纤维混凝土断裂能研究

利用三点弯曲梁试验,在虚拟裂缝模型理论指导下研究碳纤维体积率、切口相对深度对碳纤维混凝土断裂能的影响.研究表明:随碳纤维体积率的增加,碳纤维混凝土的断裂能及其增益比均呈现增长趋势,且增长的速度是非线性的.最后通过回归分析建立不同切口相对深度对应下的碳纤维体积率、素混凝土断裂能与碳纤维混凝土断裂能之间的关系式.     

橡胶自密实混凝土断裂性能试验研究

通过橡胶自密实混凝土三点弯曲切口梁试验,测取橡胶自密实混凝土的荷载-位移曲线和荷载-裂缝开口位移曲线,根据双K断裂模型计算其断裂参数与断裂能,研究不同类型、不同掺量的橡胶对自密实混凝土的断裂性能的影响,并对比分析经过氢氧化钠溶液预处理与未处理的橡胶自密实混凝土断裂性能的不同。试验结果表明,橡胶的掺入使自密实混凝土的断裂韧度、断裂能增大,其增大的幅值与橡胶掺量、品种等有关;氢氧化钠溶液预处理可以改善橡胶自密实混凝土断裂性能。     

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。     

混凝土断裂能尺寸效应的细观方法

本文提出了混凝土断裂能尺寸效应的细观方法。首先，根据混凝土细观结构的边界效应确定主宏观裂缝的分形维数，发现此分形维数随着离边界距离的不同而变化。为了计算这一变分形维数主宏观裂缝的长度，通过延伸分形曲线长度的定义，提出了分形长度与欧几里得长度的微分关系。其次，应用能量等价原理，将混凝土名义断裂能表示成分形断裂能、分形维数、细观结构参数和混凝土试件尺寸的函数。进一步的理论分析表明该名义断裂能的基本力学特征与混凝土宏观实验现象一致。最后，本文的理论预测与一些混凝土实验结果进行了比较，证实了该方法的有效性。     

岩石,混凝土类材料断裂损伤过程区的细观力学研究

提出了一种描述岩石、混凝土类材料断裂损伤过程区的细观力学模型，用于分析材料的非线性断裂的微观模型。模型考虑了岩石，混凝土材料内部随机分布的骨料，胶结质，微裂隙和了孔洞等不均质因素，在数值分析中，采用网格模型模拟计算裂缝尖端微裂缝损伤过程区的扩展过程，研究表明，损伤过程区是由于材料内部细观结构的不均质性而产生的，其形状是分形规律树枝状的微裂纹网络，各裂纹间互相影响抑制，从而对宏观裂缝的扩展起劣化和屏     

Mode-I fracture and durability of FRP-concrete bonded interfaces

In this study, a work-of-fracture method using a three-point bend beam （3PBB） specimen, which is commonly used to determine the fracture energy of concrete, was adapted to evaluate the mode-I fracture and durability of fiber-reinforced polymer （FRP） composite-concrete bonded interfaces. Interface fracture properties were evaluated with established data reduction procedures. The proposed test method is primarily for use in evaluating the effects of freeze-thaw （F-T） and wet-dry （W-D） cycles that are the accelerated aging protocols on the mode-I fracture of carbon FRP-concrete bonded interfaces. The results of the mode-I fracture tests of F-T and W-D cycle-conditioned specimens show that both the critical load and fracture energy decrease as the number of cycles increases, and their degradation pattern has a nearly linear relationship with the number of cycles. However, compared with the effect of the F-T cycles, the critical load and fracture energy degrade at a slower rate with W-D cycles, which suggests that F-T cyclic conditioning causes more deterioration of carbon fiber-reinforced polymer （CFRP）-concrete bonded interface. After 50 and 100 conditioning cycles, scaling of concrete was observed in all the specimens subjected to F-T cycles, but not in those subjected to W-D cycles. The examination of interface fracture surfaces along the bonded interfaces with varying numbers of F-T and W-D conditioning cycles shows that （1） cohesive failure of CFRP composites is not observed in all fractured surfaces; （2） for the control specimens that have not been exposed to any conditioning cycles, the majority of interface failure is a result of cohesive fracture of concrete （peeling of concrete from the concrete substrate）, which means that the cracks mostly propagate within the concrete; and （3） as the number of F-T or W-D conditioning cycles increases, adhesive failure along the interface begins to emerge and gradually increases. It is thus concluded that the fracture properties （i.e.     

Mode-Ⅰ fracture and durability of FRP-concrete bonded interfaces

In this study, a work-of-fracture method using a three-point bend beam (3PBB) specimen, which is commonly used to determine the fracture energy of concrete, was adapted to evaluate the mode-Ⅰ fracture and durability of fiber-reinforced polymer (FRP) composite-concrete bonded interfaces. Interface fracture properties were evaluated with established data reduction procedures. The proposed test method is primarily for use in evaluating the effects of freeze-thaw (F-T) and wet-dry (W-D) cycles that are the accelerated aging protocols on the mode-Ⅰ fracture of carbon FRP-concrete bonded interfaces. The results of the mode-Ⅰ fracture tests of F-T and W-D cycle-conditioned specimens show that both the critical load and fracture energy decrease as the number of cycles increases, and their degradation pattern has a nearly linear relationship with the number of cycles. However, compared with the effect of the F-T cycles, the critical load and fracture energy degrade at a slower rate with W-D cycles, which suggests that F-T cyclic conditioning causes more deterioration of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP)-concrete bonded interface. After 50 and 100 conditioning cycles, scaling of concrete was observed in all the specimens subjected to F-T cycles, but not in those subjected to W-D cycles. The examination of interface fracture surfaces along the bonded interfaces with varying numbers of F-T and W-D conditioning cycles shows that (1) cohesive failure of CFRP composites is not observed in all fractured surfaces; (2) for the control specimens that have not been exposed to any conditioning cycles, the majority of interface failure is a result of cohesive fracture of concrete (peeling of concrete from the concrete substrate), which means that the cracks mostly propagate within the concrete; and (3) as the number of F-T or W-D conditioning cycles increases, adhesive failure along the interface begins to emerge and gradually increases. It is thus concluded that the fracture properties (i.e., the critical load and fracture energy) of the bonded interface are controlled primarily by the concrete cohesive fracture before conditioning and by the adhesive interface fracture after many cycles of F-T or W-D conditioning. As demonstrated in this study, a test method using 3PBB specimens combined with a fictitious crack model and experimental conditioning protocols for durability can be used as an effective qualification method to test new hybrid material interface bonds and to evaluate durability-related effects on the interfaces.     

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。     

混凝土的断裂能随断裂路径的变化规律

本文指出了混凝土的断裂能与抗压强度之间不存在直接的关系，采用分数维理论定理研究了混凝土的断裂面和断裂能与断裂面特征之间的关系。试验结果表明：(1)断裂面分数维随最大集料尺寸的增加而增加，较高水胶比的混凝土分数维增加速度较快；(2)在同样水胶比下，断裂能随分数维增加，较低水胶比混凝土的断裂能随分数维增加的速率较较高水胶比的混凝土快；(3)采用延性指数描述了混凝土的脆性，对所有试件延性指数与分数维之间都存在较好的线性增加关系。     

高拱坝强震开裂与配筋效果研究

本文基于混凝土塑性损伤理论,引入配筋混凝土断裂能加权计算方法,采用组合式钢筋混凝土模型和等效裂缝宽度的概念,提出了一种拱坝坝面配筋混凝土在动力荷载下的等效开裂计算模型,对高拱坝进行了梁向配筋的抗震效果分析。该模型应用于大岗山工程210m高的双曲拱坝的开裂计算,结果表明,尽管坝面配筋无助于防止混凝土裂缝的发生,但能够较有效地控制坝体裂缝的扩展,限制裂缝宽度,对提高坝体整体性与减小横缝开度具有一定的效果。     

考虑损伤的混凝土非线性徐变模型

采用断裂力学理论分析考虑徐变变形的材料内裂纹尖端实际能量释放率,研究持续荷载作用下混凝土内微裂纹应变能累积规律,认为在相同应变能累积情况下,长期持续荷载和单轴荷载下微裂纹扩展演化状态相同。基于柔度张量等效假设建立了混凝土的非线性徐变模型,实际应用表明,此模型与不同强度等级混凝土非线性徐变试验结果吻合较好,能反映混凝土损伤与徐变的耦合机理。     

混凝土断裂能产生尺寸效应的原因探讨

总结了关于混凝土断裂能尺寸效应产生原因的各种观点,并对这些观点进行简要评述。对RILEM的断裂能计算公式和Wecharatana提出的断裂能测算方法进行了详细研究,分析了断裂过程区演变对断裂能计算结果的影响,认为混凝土断裂能产生尺寸效应的原因之一是没有考虑混凝土主裂纹产生之前消耗的能量,并用实验对此观点进行了验证。