碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则研究

通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解析表达式,考虑尺寸效应得到碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝模型和修正深埋椭圆裂缝模型,假定为I型开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法建立裂缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效断裂韧度的解析表达式,应用双K断裂准则,建立碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则。并将此结果应用到三维非线性应力场仿真计算中,对沙牌碾压混凝土拱坝进行非线性开裂计算分析。     

碾压混凝土坝诱导缝断裂特性试验研究与分析

目前在碾压混凝土的断裂性能研究中对三维内设非穿透矩形裂缝的应力强度因子的计算，普遍采用只是将它简单地近似成椭圆形裂缝的形式进行计算，西方通过对含有穿透形预留缝试件、非穿透椭圆形预留缝试件和非穿透矩形预留缝试件进行试验分析，对三维内设非穿透矩形裂缝的应力强度因子的计算公式进行了一定的修正，得到了更好的结果。     

碾压混凝土穿透型和边缘型诱导缝等效强度的试验研究

为了研究拱坝诱导缝强度特性,在两种尺寸的碾压混凝土长方体试件内埋设了相同削弱度的一片、两片穿透型诱导缝板和边缘型诱导板。对其进行的轴拉试验表明,在削弱度不变的情况下,诱导缝布置由一片改为两片对削弱断面的强度起到了很大的作用,如对于削弱度为0．342的试件,等效强度最大降低了36．5％。在相同尺寸和削弱度下,增大两片缝的间距,对降低等效强度也有很大的作用：当缝距b／a从2．69降低到1．92时,等效强度最大降低了26．5％。并给出了大型试件两块诱导片间距对等效强度的影响公式。这一实验结果表明实际大坝中合理布置诱导缝比单纯增加削弱度对降低诱导缝等效强度更有效。最后结合实际拱坝研究了边缘型诱导缝对断面强度的削弱作用,指出其等效强度随削弱度的变化是一凹曲线。     

预设穿透型诱导缝的碾压混凝土等效强度及其断裂韧度尺寸效应研究

为了研究拱坝诱导缝强度和断裂特性,在两种尺寸的碾压混凝土长方体试件内埋设了不同削弱度的一片、两片穿透型诱导缝板。对其进行的轴拉试验表明,诱导缝等效强度存在明显的尺寸效应：对于相同削弱度,试件尺寸增加,等效强度降低,对本试验试件其最大降低值为0．278MPa。含诱导缝的结构断裂韧度随着削弱度的减小而增加：削弱度由0．342变为0．208时,小型和中型试件的断裂韧度分别从0．488MN／m^3/2、0．506MN／m^3／2增加到0．519MN／m^3／2、0．581MN／m^3／2。最后,在相同尺寸和削弱度下,诱导缝布置由一片改为两片及增大两片缝的闻距,都对降低等效强度有很大的作用：如对于削弱度为0．342,诱导缝布置由一片改为两片时等效强度最大降低了36．5％。对于小型试件,当缝距b／a从2．69降低到1.92时,等效强度降低了26．5％。对于大型试件,当缝距b／a从3．46降低到1．92时,等效强度降低了24．1％。这一试验结果表明实际大坝中合理布置诱导缝比单纯增加削弱度对降低诱导缝等效强度更有效。     

碾压混凝土诱导缝断裂性能试验分析

针对多种因素可能对诱导缝开裂产生的影响,进行了碾压混凝土单向间隔诱导缝和双向间隔诱导缝轴拉试验.通过对试验结果进行分析,得到了诱导缝等效强度与诱导片数量及削弱度的关系.通过荷载位移和荷载应变曲线对碾压混凝土诱导缝断裂扩展规律进行了分析,得到了诱导缝由起裂向稳定扩展临界荷载在最大荷载的50%～60%之间等结论.     

裂缝切口形式对混凝土楔入劈拉试件断裂韧度的影响

对4种不同预制裂缝切口形式的普通混凝土试件和碾压混凝土试件进行楔人劈拉试验,得到了各种工况下不同切口形式试件的断裂韧度.分析了预制裂缝切口形式对楔入劈拉试件断裂韧度的影响.试验结果表明:采用V型切口的试件断裂韧度最大,锯缝切口的试件次之,方形切口预埋缝试件断裂韧度最小,预埋钢片不取出的试件断裂韧度无明显规律性.几种预制裂缝切口形式下的楔人劈拉试件断裂韧度测试中,采用尖端V型的钢片预制裂缝效果较好.     

混凝土楔入劈拉试件预制裂缝类型对断裂能的影响

对4种不同预制裂缝切口形式的普通混凝土试件和碾压混凝土试件进行楔入劈拉试验,得到了各种工况下不同切口形式试件的断裂能.分析了预制裂缝切口形式对楔入劈拉试件断裂能的影响.试验结果表明:锯开形成切口的试件断裂能最大,切口形式为V型的试件次之,预埋钢片的试件再次之,而缝端有一定宽度的试件断裂能最小.预制裂缝切口形式对普通混凝...     

初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响

为了研究初始缝高比对碾压混凝土的断裂性能的影响,制作了初始缝高比为0.4、0.5、0.6共18个楔入劈拉碾压混凝土试件并进行了断裂试验,得到了不同初始缝高比试件的有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度等断裂参数,分析了初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响。结果表明:在不同初始缝高比的条件下,起裂断裂韧度的值变化较小,可认为是材料的固有参数;失稳断裂韧度随初始缝高比的增大而增大,但也逐渐趋于平缓;起裂断裂韧度与失稳断裂韧度的比值随着初始缝高比的增加维持在0.38左右;相同尺寸下,初始缝长越小,裂缝亚临界扩展量越大,试件韧性越好。     

碾压混凝土拱坝诱导缝及其等效应力强度

由于修建碾压混凝土拱坝的方法以及拱坝结构本身的特点,造成温度应力对结构的影响较为严重,产生的温度裂缝对拱坝坝体和结构的危害较大,所以采用人为设置的诱导缝来减弱温度裂缝对拱坝的危害。列举了诱导缝的形式以及已修建的拱坝中使用诱导缝的实例,讨论了拱坝诱导缝的等效强度以及混凝土断裂实验的有关内容,为诱导缝相关问题的进一步研究提供了参考。     

缝高比对碾压混凝土名义断裂韧度的影响

对不同缝高比的碾压混凝土试件进行了楔入劈拉试验,通过对名义断裂韧度试验结果进行分析,得到缝高比对碾压混凝土的断裂韧度的影响规律。将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的混凝土断裂韧度尺寸效应公式及基于Hu公式得到的断裂韧度尺寸效应公式结合,确定了碾压混凝土名义断裂韧度在缝高比这一因素影响下的公式。     

碾压混凝土拱坝诱导缝的半解析有限元计算

在碾压混凝土诱导缝缝端建立奇异超级解析单元，将该解析元与有限元相结合，在单裂纹平面半解析有限元基础上，建立了多裂纹平面半解析有限元程序，计算了碾压混凝土三点弯曲梁断裂参数和拱坝诱导缝等效强度随高程、缝大小和间距等的变化情况，并同其他文献结论和计算模型进行了对比和验证。     

钢-UHPC组合桥面板分段浇筑矩形接缝的轴拉性能

钢-UHPC(ultra-high performance concrete)组合桥面板中UHPC分段浇筑接缝导致局部的抗拉性能下降,可能引发严重的耐久性及安全问题。以实际工程中的组合桥面板UHPC矩形接缝为对象开展抗拉性能试验研究和理论分析。通过对组合桥面板接缝试件进行轴拉试验,考察了配筋率对矩形接缝区域抗裂性能的影响,揭示了矩形接缝的抗裂机理,探讨了接缝界面的黏结性能。试验结果表明：接缝开裂始于角隅处,接缝区域UHPC裂缝发展不明显,且接缝断裂面相对平整,属于脆性破坏。矩形接缝的抗裂机理分为横边抗裂与纵边抗脱离。接缝的抗裂能力取决于新旧UHPC界面的黏结强度,且接缝在轴拉状态下的界面黏结强度为3. 6～4. 7MPa。根据试验结果,对于处于轴拉状态下的UHPC矩形接缝,在按接缝不开裂或控制开裂宽度小于0.05mm进行设计时,构件的名义拉应力应分别低于3.5MPa或6.0MPa。此外,针对UHPC轴拉本构模型,基于能量等效原理及UHPC塑性简化模型,提出了UHPC软化段的等效残余抗拉强度,进而推导了配筋UHPC轴拉构件的主裂缝间距计算公式及接缝与UHPC主裂缝间距计算公式。对比试验结果,推导的主裂缝间距公式具有较好的精度,以期为实际工程应用提供理论参考。     

T形柱框架节点延性及承载力的试验研究

对10根T形柱节点进行了低周反复荷载作用下的试验研究,着重分析了T形柱节点的承载能力和破坏特点,梁、柱主筋和核心区箍筋应力变化;实测梁端的荷载-位移滞回曲线,研究轴压比、配箍率对节点核心区受剪承载力和延性性能的影响。并把试验结果与混凝土规范中矩形柱节点计算公式进行了比较。     

主要掺合料对RCC抗裂性能影响的研究

本文在试验的基础上，就粉煤灰、硅粉和氧化镁等主要掺合料对碾压混凝土(RCC)抗裂性能的影响进行了研究，提出抗折强度与折压强度之和的百分比来量化标定这些掺合料对碾压混凝土的抗裂性能的影响，得到比较理想的结果。在此基础上．得到当粉煤灰掺量为60％，硅粉和氧化镁掺量均为5％复合掺入时，对碾压混凝土的抗裂性能的改善最佳。     

水泥基渗透结晶型防水剂在地铁应用的试验研究

Penetron Admix是一种在混凝土拌和时加入的新型水泥基渗透结晶型本体防水添加剂.采用广州地铁工程混凝土所使用的原材料和配合比,在试验室研究了添加Penetron Admix后对混凝土性能的影响.结果表明:掺入一定量的Penetron Admix后,混凝土拌合物的流动性能提高;硬化混凝土的抗渗性能显著提高,渗透压力比大于267%;抗压强度也有所提高;但混凝土收缩值比基准混凝土稍大.裂缝自修复试验表明掺入Penetron Admix的混凝土试件在水或潮湿条件下确实具有裂缝自修复功能.     

钢筋混凝土矩形截面梁纵向配筋率影响分析

推导了含有配筋率的用于钢筋混凝土矩形梁正截面抗弯承载力、挠度及最大裂缝宽度计算的表达式。在满足正截面承载力要求的基础上,分析了纵向配筋率的变化对挠度及最大裂缝宽度的影响。     

煤样的尺寸、形状及锚固效应

为研究煤样的尺寸、形状及锚固效应,加工了不同高度的圆形、正方形和长方形截面试样,对完整试样单轴抗压强度与高径比关系、锚固试样的强度和变形参数变化进行了试验研究,并通过数值模拟研究了钻孔存在、载荷分布及载荷大小对煤样强度的影响。结果表明,三种截面试样强度均随高径比增大而降低,与高径比呈负指数关系。无托盘非预应力锚杆若不能对试样破裂位置形成闭锁路径,则不能明显提高试样的承载能力。钻孔的存在可明显降低试样的峰值强度及弹性模量,托盘载荷可明显提高试样的残余强度,钢带载荷可明显提高试样的强度和变形参数。相同等效面力作用下,两侧面施加全侧面载荷试样及局部施加托盘载荷试样强度随等效面力增加而增大的程度有限,甚至在等效载荷较高时有所降低。研究结果对进一步理解试样的尺寸、形状及锚固效应有一定帮助。     

基于3D-ILC含不同角度内裂纹圆盘断裂特性研究

巴西圆盘试验是力学领域的一个经典试验,含裂纹的圆盘试验多集中于二维或表面裂纹,但含内裂纹的I-II-III型断裂研究一直较为落后。基于3D-ILC技术,在对巴西圆盘试样表面无任何影响的情况下,凭空生成任意参数的内裂纹,开展含不同角度内裂纹的及完整巴西圆盘试样试验,对裂纹扩展过程、应力双折射规律、裂纹起裂及破坏荷载进行分析,并与已有文献进行对比,开展三维内裂纹I-II-III型断裂数值模拟,分析KI,KII,KIII分布规律及实现裂纹扩展全过程模拟,规律与试验相符。结果表明:①3D-ILC在断裂力学试验中的优势得到证明,为断裂力学中的内裂纹及I-II-III型断裂问题的研究奠定了基础。②与完整试样匀称连续的应力云纹分布相比,含内裂纹试样应力云纹集中于内裂纹尖端,呈花瓣状,色差对比显著。③30°内裂纹被括弧状破坏面切断;60°内裂纹上下尖端出现I-II型翼裂纹扩展,侧面出现III型裂纹叠加;90°内裂纹试样,沿内裂纹面扩展破坏,为纯I型破坏。④与完整试样破坏荷载相比,含30°,60°,90°内裂纹试样破坏荷载分别下降10.7%,60.6%,89.2%;30°,60°,90°内裂纹起裂与破坏荷载比分别为100%,11.7%,15.6%。⑤数值模拟与物理试验特征一致。结论与成果对断裂力学领域的三维内裂纹、I-II-III型断裂问题的研究提供了试验与理论基础。