关于加气混凝土断裂过程区的研究

在对加气混凝土三点弯曲加载梁试件不同初始裂纹相对长度情况下,载荷-裂纹口张开位移-初始裂纹尖端张开位移-初始裂纹尖端韧带沿直线方向若干测点张开位移全曲线进行了系统研究.结果表明:在全曲线下降段沿初始裂纹及其韧带直线方向张开位移呈线性分布;平均裂纹张开角与裂纹口张开位移呈线性关系,且该关系不决定于初始裂纹相对长度;在载荷水平一定时,初始裂纹相对长度较小时,平均裂纹张开角较小,断裂过程区长度较大.     

砂浆断裂过程区的研究

对砂浆三点弯曲加载梁试件载荷-裂纹口张开位移-初始裂纹尖端张开位移-沿初始裂纹及韧带直线方向若干点张开位移全曲线进行了研究.结果表明,在该全曲线下降段沿初始裂纹及韧带直线方向张开位移近呈线性分布;裂纹口张开位移与平均裂纹张开角呈线性关系,该关系不决定于初始裂纹相对长度,但决定于试件高度.提出断裂过程区长度估计值公式,证实了临界应力强度因子的初始裂纹长度和试件高度尺寸效应来源于试件在最大荷载及加载过程中断裂过程区长度的产生和变化.     

高强混凝土的断裂性能研究

由于混凝土强度越高,脆性越大,限制了混凝土材料的发展及应用,通过试验测量了采用不同掺合物配制的混凝土的断裂韧性、裂纹临界扩展载荷、临界裂纹尖端张开位移和混凝土特征长度,并进行对比分析了各高强混凝土的断裂性能,提出掺加适量的粉煤灰可以增强高强混凝土的韧性,同时也不会显著影响高强混凝土的强度.     

低温下结构钢材裂纹尖端张开位移的变化规律

裂纹尖端张开位移 (CTOD)是材料断裂分析的重要判据指标。在GB T 2 35 8- 94金属材料裂纹尖端张开位移试验方法中 ,根据加载曲线的不同形式可以获得 5种不同的特征CTOD值。随着温度的降低 ,结构钢材的韧性降低 ,试验曲线的形状变化 ,可测得的特征CTOD值也不相同。本文在三种结构钢材低温下裂纹尖端张开位移试验的基础上 ,分析了各特征CTOD值随温度降低的变化规律     

活性粉末混凝土的断裂性能研究

在活性粉末混凝土缺口梁断裂试验的基础上,分析了荷载作用下活性粉末混凝土的裂纹产生以及裂纹扩展直到破坏的机理,给出了描述活性粉末混凝土断裂特征的稳定断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移两个基本参数。     

Q460C高强钢材断裂韧性的弹塑性有限元分析

应用ANSYS软件对Q460C高强钢材标准三点弯试样断裂韧性进行弹塑性数值模拟,验证高强钢材常温下的裂纹敏感性。采用实体单元SOLID95计算刀口张开位移、三向应力分布以及裂纹尖端张开位移CTOD值,表明沿试样厚度方向,CTOD值变化较小,靠近裂纹尖端呈三向拉应力状态,偏离尖端一定距离呈复杂的应力状态,且复杂应力较大限制了裂纹尖端的塑性发展;不考虑低温影响因素时,缺陷对Q460C钢材的影响较大,当裂纹塑性发展后,Q460C钢材表现为较大的缺陷敏感性。     

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DIC方法的地聚合物混凝土断裂过程分析

为了量化研究地聚合物混凝土断裂过程参数的演化过程,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法及夹持引伸计法对含初始缺口粉煤灰基地聚合物混凝土试样在三点弯曲加载过程中的裂缝口张开位移(CMOD)、裂尖张开位移(CTOD)及裂缝扩展长度进行测试与计算分析.结果表明:DIC测试的裂缝口张开位移与夹持引伸计测试值吻合较好,试样经历了起裂、裂缝的稳态和亚稳态扩展及失稳破坏阶段;基于DIC测试的裂尖张开位移与基于弹性等效的理论计算吻合较好,但基于DIC裂缝扩展长度的测试值与弹性等效裂缝扩展长度的计算值之间存在较大偏差,导致这一差别的主要原因是由于地聚合物混凝土与水泥混凝土一样存在断裂过程区.     

路面低坍落度混凝土早龄期弯曲断裂特性试验研究

为了研究路面低坍落度混凝土早龄期弯曲断裂特性,基于国际材料和试验室联合会推荐的双参数模型,通过MTS测定两种常用配合比组成的路面混凝土浇筑后1、3、5、7 d的P-CMOD图及荷载-挠度曲线图,计算得到相应龄期的断裂能、断裂韧度和临界裂缝尖端张开位移,根据所得的断裂能数据进行概率统计分析。研究结果表明：混凝土的强度随着龄期增长而增大,两组混凝土的抗压强度分别增加了117.91%、107.45%;混凝土断裂能及断裂韧度随着混凝土强度的增长而增长,两组混凝土的断裂能分别增长17.40%、43.82%,断裂韧度分别增长57.14%、58.64%;龄期与配合比对混凝土的断裂曲线形态影响较小;早龄期的混凝土临界裂缝尖端张开位移变化不明显;混凝土断裂能的概率分布符合正态分布。     

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.     

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。     

Experimental measurement of double-K fracture parameters of concrete with small-size aggregates

The double-K fracture model can well describe the development of cracks undergoing during the entire fracture process in concrete. Therefore, it has been selected as the theoretical basis of the “Norm for fracture test of hydraulic concrete” (China) and the double-K fracture parameters proposed in this model are regarded as the essential fracture parameters needed to be measured. Therefore, the primary objection of this paper is to present an overall report on the determination of the double-K fracture parameters of concrete involving the fundamental theory, calculation formulas, experimental arrangement and identification of initial cracking load in order to provide a reference for the specification committee. The fracture tests are carried out on the total of 43 concrete specimens where the small-size aggregates with the maximum size of 10 mm are chosen. Two typical widely-used geometries, i.e. three-points bending beam and wedge splitting specimen are adopted. The initial cracking load is determined by means of graph method or electrical resistance strain gauge method. Then, the initial fracture toughness and unstable fracture toughness are measured. It is found that the ratio of initial cracking load to maximum load is 0.67–0.71 and the ratio of initial fracture toughness to unstable fracture toughness is 0.45–0.50. It is also found that, for the initial fracture toughness and unstable fracture toughness, the values are approximately close to the constants when the depth of specimens is large than 200 and 400 mm for three-points bending beams and wedge splitting specimens respectively. Besides, the critical crack tip opening displacement of each specimen is calculated, too. The big difference between two geometries is noticed. __________ Translated from Journal of Hydraulic Engineering, 2006, 37(5): 543–553 [译自: 水利学报]     

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。     

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。     

混凝土硬化初期的收缩变形试验研究

混凝土硬化初期出现的微裂纹容易扩展合并成为宏观裂纹,从而影响工程质量。为分析早期裂纹的成因,采用内埋式应变计对不同强度的混凝土试块进行收缩应变测量,使用半导体应变片改进商品应变计的测量精度。数据结果显示,早期裂纹的主要形成因素并非如人们通常判断的那样是表面失水导致,在终凝以后的一周时间内,混凝土以近似均匀的速度收缩,由此可推断,水泥水化过程中的体积收缩才是混凝土早期裂纹的主因。若根据试验数据有针对性的采取止裂措施,混凝土初期裂纹的防治将建立在更科学合理的基础上。     

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。     

冻融循环作用后玄武岩纤维混凝土的断裂性能

在带切口梁的三点弯曲试验中,采用数字图像相关(DIC)技术观测玄武岩纤维混凝土(BFRC)试件的全场变形,基于DIC技术的水平应变云图和水平位移云图确定试件的起裂荷载和裂缝开口位移,并研究冻融循环次数和玄武岩纤维掺量对BFRC试件断裂能、延性指数和等效断裂韧度的影响.结果表明:玄武岩纤维的掺入能够提高BFRC试件在冻融条件下的断裂能,但提高程度不如冻融损伤带来的下降程度大;BFRC试件的延性指数随玄武岩纤维掺量的增加呈现先增大后减小的趋势,而随冻融循环次数的增加呈现上升趋势;冻融损伤主要降低了BFRC试件在微变形阶段和小变形阶段的等效断裂韧度,在中变形阶段的降低程度有限,在大变形阶段降低程度已不显著,而玄武岩纤维的增韧作用在混凝土变形的各个阶段都比较显著,且增韧程度为微变形阶段最小,小变形阶段较低,中变形阶段较高,大变形阶段最高.     

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。