不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双K断裂韧度试验研究与理论分析

为了研究不同尺寸的混凝土结构的断裂性能,设计了5组共20个不同截面高度的楔入劈拉试件进行混凝土断裂试验.改进了试验加载装置以抵消竖向力的作用,简化了分析计算.在双K断裂理论的基础上,采用应力强度因子叠加原理对不同截面高度的楔入劈拉试件的有效裂缝长度和双K断裂韧度进行了计算.试验结果表明:在200~700 mm设计的截面高度范围内,试件起裂荷载、失稳荷载及有效裂缝长度均随截面高度的增大而呈线性增大;起裂断裂韧度基本不受试件高度变化的影响;失稳断裂韧度在试件截面高度低于500 mm时表现出一定的尺寸效应,随试件高度增大而逐渐增大,当试件截面高度大于500 mm时其值趋于稳定,可认为是一个常数.     

高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线

采用楔入劈拉法试验,设置20～600 ℃共10组温度,试件尺寸统一采用230 mm×200 mm×200 mm,初始缝高比为0.4.根据试验得到的荷载-开口位移曲线（P-CMOD）求得应力强度因子曲线（K曲线）.基于虚拟裂缝黏聚应力,对高温后混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线进行求解.将混凝土断裂全过程划分为4个部分,裂缝黏聚应力呈Petersson双线性软化曲线分布.计算表明,在某一特定温度下,裂缝扩展阻力曲线随裂缝扩展长度的增加而增长;阻力曲线随温度的上升呈下降趋势.对应力强度因子曲线与裂缝扩展阻力曲线进行裂缝扩展的稳定性分析.结果表明,当裂缝扩展阻力曲线位于应力强度因子曲线上方时,裂缝稳定发展;反之,裂缝将失稳发展.该判据可以等同于双K断裂准则,起裂韧度、失稳韧度是裂缝扩展阻力曲线上的2个关键点.     

玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的断裂性能

为探讨玄武岩纤维混凝土(BFRC)的断裂性能,采用《水工混凝土断裂试验规程》的三点弯曲梁法,制作缝高比为0.4的不同纤维长度及掺量的混凝土试件,利用MTS试验机对试件进行加载试验,得到玄武岩纤维混凝土三点弯曲梁的试验结果,并对P-CMOD曲线、起裂韧度、失稳韧度及断裂能等断裂参数进行分析,结果表明：掺入玄武岩纤维后,试件的断裂性能得到了提升,纤维掺量越多,纤维长度越长,P-CMOD曲线的下降段越饱满;纤维长度为18 mm、掺量为1.5%的试件起裂韧度及失稳断裂韧度的提升最为明显;纤维长度为12 mm、掺量为1.5%的试件断裂能最大。     

不同含水率混凝土断裂过程声发射试验研究

为研究不同含水率混凝土断裂过程的差异性,将干燥试件浸泡不同时间,使其达到不同含水率,基于声发射技术,对三点弯曲梁的破坏过程进行监测。通过比较声发射信号撞击计数、能量计数和振铃计数等不同发射信号来反映不同含水率对混凝土断裂过程力学性能的影响规律,并结合撞击计数、振铃计数和能量计数捕捉起裂荷载,进一步分析水分对起裂韧度和失稳韧度的影响。试验结果表明,相比于P-CMOD曲线,声发射参数变化能更加直观地分析水分对混凝土断裂过程的影响。随着含水率的增加,起裂前,撞击计数累计值呈现增大趋势,起裂后,声发射参数值、峰值以及累计值均呈现减小趋势;损伤演化起始门槛值随含水率的增大而降低,饱和试件较干燥试件最大下降64%;饱和试件断裂过程区宽度较干燥试件最大增大20.8%;     

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.     

基于扩展有限元的混凝土三点弯曲梁断裂性能数值模拟研究

基于扩展有限元法,模拟了不同宽度混凝土三点弯曲梁的断裂破坏过程,得到了荷载-裂缝口位移曲线;对不同宽度、缝高比、跨高比的三点弯曲梁断裂过程进行模拟并利用双K断裂准则得出了不同宽度、缝高比、跨高比等条件下的应力强度因子,研究了这三种参数的变化对应力强度因子的影响。研究结果表明:当跨高比、缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm范围内变化时,其起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un基本保持不变;当梁宽不变,跨高比等于4,缝高比从0.2增大到0.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un呈现先增大后减小的趋势;当梁宽不变,缝高比等于0.4,跨高比从2.5增大到3.5时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ保持不变,失稳断裂韧度K_Ic^un将逐渐增大但幅度很小;当跨高比不变,缝高比等于0.4,梁宽在100~250 mm的范围内变化时,起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、失稳断裂韧度K_Ic^un均呈现先增大后减小的趋势,表明小跨高比的K_Icⁱⁿⁱ、K_Ic^un在梁宽度方向存在一定的尺寸效应。     

砂率对富含砖粒再生混凝土断裂性能影响试验研究

为了研究砂率对再生混凝土断裂性能的影响,以RC25为基准再生混凝土,制作了砂率分别为25%、30%、35%、40%、45%、50%的再生混凝土梁试件。通过梁的三点弯曲试验,从断裂韧度和断裂能两个方面,研究了富含砖粒再生混凝土断裂性能随砂率的变化规律。结果表明:富含砖粒再生混凝土的断裂韧度、断裂能均随砂率的增大呈现出先增大而后减小的趋势;砂率由25%增大到35%时,断裂韧度增大了8.43%,断裂能增大了10.73%;砂率由35%增大到50%时,断裂韧度降低了3.81%,断裂能降低了11.29%;砂率小于35%时的断裂韧度比砂率大于35%时的断裂韧度更容易受到砂率变化的影响,而断裂能则没有出现相同的情况。     

Computer simulated experiments on fracture toughness of particle-dispersed composites

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粉煤灰取代率对再生混凝土断裂性能影响试验研究

为了研究不同粉煤灰取代率对富含砖粒再生混凝土断裂性能的影响,以RC25为基准再生混凝土,并以粉煤灰取代率为0%、10%、20%、30%为变化参数,制作了四组尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的富含砖粒再生混凝土三点弯曲梁试件。通过三点弯曲梁的断裂韧度试验,研究了富含砖粒再生混凝土随粉煤灰取代率的变化规律。结果表明:当粉煤灰取代率为10%时,富含砖粒再生混凝土的起裂韧度和失稳韧度提高幅度分别为4.61%和7.44%,当粉煤灰取代率超过10%后,随着粉煤灰取代率的增加,断裂韧度逐渐减小,最大降幅为12.21%。给出了富含砖粒再生混凝土的双K断裂韧度与粉煤灰取代率的关系式。     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实现。研究结果表明,尽管钢筋对混凝土梁的裂缝扩展起到限制作用,使其呈现出“塑性”特征,但是钢筋混凝土梁仍然存在尺寸效应现象,只是与素混凝土相比不明显。     

尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响

运用断裂力学分析方法并采用断裂韧度判据研究尺寸效应对钢筋混凝土梁裂缝的影响。首先将三点弯曲梁自重、荷载、钢筋以及断裂过程区的粘聚力在裂缝尖端产生的应力强度因子叠加,检验其是否超过断裂韧度,以判断裂缝是否扩展。然后通过增大荷载以及增加裂缝长度的方式迭代计算,求得相应尺寸构件的承载能力,整个计算过程采用Matlab编程来实...     

钢框架节点焊缝应力强度因子的参数分析

为定量地确定荷载作用下钢框架梁柱节点焊缝应力强度因子的大小，提出了断裂力学与有限元分析相结合的方法.有限元分析采用ANSYS软件.判断焊缝开裂的依据是Ⅰ型应力强度因子，应力强度因子通过积分的方法求得.通过有限元计算分析了初始裂缝深度对梁柱节点焊缝应力强度因子的影响,所分析的参数还包括梁截面尺寸、柱截面尺寸、梁柱长度和焊脚尺寸.分别研究了梁上翼缘和下翼缘焊缝的应力强度因子随参数的变化情况.参数分析结果表明，梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂，应力强度因子与梁截面参数是增函数关系，与柱截面参数是减函数关系.最后，得出了应力强度因子计算公式.     

脆性材料断裂韧性的单一尺寸试件测定方法

脆性或准脆性材料(混凝土,陶瓷,大理石,岩石等)的断裂韧性随试件的大小而改变,具有明显的尺 寸效应．通常情况下描述材料尺寸效应的Bazant尺寸效应律是建立在一系列相似试件的基础上通过实验方 法确定的．提出了一种新的用单一试件测定断裂韧性的实验方法和计算公式,即采用含不同裂缝长度的单一 尺寸试件测定材料的断裂韧性与相似试件测定方法相比,测定结果吻合很好,该方法具有很强的实用性、便 于在实验室环境下用小试件测量,计算方法也很简便．     

硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.     

楔形翼缘连接板腹板连接节点断裂性能

为定量确定采用楔形翼缘连接板的钢框架结构梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子与初始缺陷深度之间的函数关系,采用断裂力学与有限元分析相结合的方法.判断焊缝开裂的依据是一型应力强度因子,应力强度因子通过J积分的方法求得.通过有限元计算研究初始裂缝深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸、梁柱长度和翼缘连接板伸出柱边缘的长度对腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据参数分析结果归纳出应力强度因子计算公式.结果表明,梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,采用楔形翼缘连接板可以明显改善焊缝边缘的断裂性能,应力强度因子与梁截面参数是增函数关系,与柱截面参数是减函数关系.     

腹板连接节点焊缝应力强度因子的参数分析

为定量的确定荷载作用下钢框架结构延长翼缘连接板梁柱腹板连接节点焊缝应力强度因子的大小,采用断裂力学与有限元积分相结合的方法,研究腹板连接节点的断裂性能.判断延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝开裂的依据是Ⅰ型应力强度因子,应力强度因子可以通过有限元计算J积分的方法求得.通过有限元计算分析了初始裂纹深度、梁截面尺寸、柱截面尺寸和梁柱长度对延长翼缘连接板腹板连接节点焊缝应力强度因子的影响.采用正交设计法进行研究方案设计,根据有限元分析结果归纳出应力强度因子计算公式.研究结果表明：延长翼缘连接板腹板连接节点梁下翼缘焊缝比上翼缘更容易开裂,应力强度因子随梁截面参数的增大而增大,随柱截面参数的增大而减小.     

海水海砂混凝土无尺寸效应拉伸强度与断裂韧度的确定

海水海砂混凝土（seawater sea sand,SSC）在岛礁和临海工程建设中有广阔的应用空间。海洋环境下,混凝土容易开裂,严重影响结构耐久性。为确保该新型混凝土在海洋环境下的安全服役,对SSC的断裂力学性能研究以及断裂参数的合理确定至关重要。然而采用传统方法,基于线弹性断裂理论确定的断裂参数,由于未考虑材料非均匀性的影响,不可避免存在尺寸效应。鉴于此,本文利用基于边界效应的非线性断裂理论,考虑材料的非连续性与非均匀性,确定SSC的真实断裂参数。配制最大骨料粒径d_max为10和20 mm的海水海砂混凝土,分别进行高度为100和200 mm的三点弯曲梁试验,初始缝高比为0.1~0.7；并用淡水、河砂等质量替代海水、海砂配制普通混凝土（ordinary Portland cement,OPC）作为对照组进行试验。基于边界效应模型,通过引入混凝土平均骨料粒径,得到了SSC的真实无尺寸效应拉伸强度f_t及断裂韧度K_IC,进而结合正态分布分析确定两断裂参数的均值以及具有95%保证率的上下限值,并利用得到的拉伸强度成功预测任意尺寸条件下SSC试件的极限荷载。结果表明:相同骨料级配下,与普通混凝土相比,海水海砂混凝土断裂截面上骨料断裂的比例更高,SSC的拉伸强度及断裂韧度高于OPC；随着最大骨料粒径的增大,SSC和OPC骨料断裂的比例均减小,其断裂韧度K_IC均增加,f_t降低。所提模型及相关结果可为海水海砂混凝土实际工程设计提供参考。     

Effect of specimen thickness on Mode II fracture toughness of rock

Anti-symmetric four-point bending specimens with different thickness, without and with guiding grooves, were used to conduct Mode II fracture test and study the effect of specimen thickness on Mode II fracture toughness of rock. Numerical calculations show that the occurrence of Mode II fracture in the specimens without guiding grooves (when the inner and outer loading points are moved close to the notch plane) and with guiding grooves is attributed to a favorable stress condition created for Mode II fracture, i.e. tensile stress at the notch tip is depressed to be lower than the tensile strength or to be compressive stress, and the ratio of shear stress to tensile stress at notch tip is very high. The measured value of Mode II fracture toughness K _{II C} decreases with the increase of the specimen thickness or the net thickness of specimen. This is because a thick specimen promotes a plane strain state and thus results in a relatively small fracture toughness. Foundation item: The National Natural Science Foundation of China (No: 49672164) Biography of the first author: RAO Qiu-hua, doctor of engineering, born in 1965, majoring in rock fracture mechanics.     

Study on equivalent strength for crack directors of RCC arch dam based on size effect rule

The size effect rule of roller compacted concrete (RCC) fracture toughness was reached on the analysis of fracture toughness of RCC specimens, which have been done by project team. And then the rule was applied to the calculation formula of equivalent strength of crack director in the RCC arch dam, thus a simple and useful formula was reached. The study shows that the equivalent strength of crack directors increases with the increasing intensity of concrete, but the surplus rate of strength of crack directors section decreases with the increasing intensity of concrete and the distance between centers of adjacent crack directors, and that bilateral interval crack directors are more efficient in weakening the strength of section than unidirectional interval crack directors in the case of the same distance between adjacent crack director centers. A good design for crack directors of RCC arch dam is proposed via the rule.     

岩石动态断裂韧度温度相关性的实验研究

利用CCCD—SHPB（CentralCrackedCircularDisk—SplitHopkinsonPressureBar）试验系统对花岗岩试件实施同一加载速率、不同温度下的纯I加载试验,进而研究环境温度对岩石类材料动态断裂性能的影响。实验过程中控制加载脉冲,使得测试试件的加载速率基本一致,测得不同温度下试件两端平均栽荷P随时间的变化关系,将最大P-max心裂纹圆盘应力强度因子墨公式,获得不同温度下中心裂纹巴西圆盘岩石试件的动态断裂韧度蜀。。测试结果表明,温度处于10—100℃时,花岗岩动态断裂韧度K-Id温度的升高逐步下降,近似呈线性关系。