小尺寸混凝土试件双K断裂参数试验研究

采用最大尺寸为680mm×160mm×40mm的标准三点弯曲梁试件,利用在初始裂缝两侧粘贴电阻应变片并利用混凝土裂缝扩展到此处时其应变回缩的方法测得了起裂荷载Pini,在此基础上根据Pini及初始缝长a0得到了起裂断裂韧度KIiCni;根据在试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODC计算了混凝土等效裂缝长度aC,据此计算了失稳断裂韧度KIuCn。结果表明:采用电阻应变片法可准确测定混凝土的起裂荷载Pini,且方法简单。试验结果还表明:在本试验范围内,三点弯曲梁法测得的混凝土双K断裂参数KIiCni、KIuCn与试件高度无关,进一步说明了混凝土双K断裂参数可以作为描述混凝土裂缝扩展的断裂参数。     

基于等效纯弯曲梁的混凝土双K断裂参数研究

因四点弯曲梁跨中裂缝截面附近处于纯弯段,故其从理论上更符合Ι型断裂模式。基于此,该文通过开展跨中带缝的四点弯曲梁试验,将荷载作用下的四点弯曲梁纯弯曲段等效为纯弯曲梁,基于线性叠加原理给出了计算混凝土四点弯曲梁双K断裂参数的计算公式,并研究了不同初始缝高比（0.2、0.3、0.4、0.5及0.6）对四点弯曲梁双K断裂参数的影响,结果表明:随着初始缝高比的增大,试件起裂荷载P_ini,最大荷载P_max及相对临界有效裂缝扩展长度（a_c-a₀）/H均逐渐减小;起裂断裂韧度K_ICini和失稳断裂韧度K_ICun基本保持不变。可见,四点弯曲梁可以用于研究混凝土的双K断裂参数。     

确定混凝土开裂与拉伸强度及双K断裂参数

该文考虑混凝土材料的非均质特性,发展了确定无尺寸效应的混凝土开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数的断裂理论与相应方法。基于三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的断裂试验,确定出对应的开裂强度与起裂韧度、拉伸强度与断裂韧度等材料参数,并与试验强度值及由双K断裂模型确定的双K断裂参数进行了比较,从而验证了所提模型与方法的合理性与适用性。基于确定的材料参数,分别建立了混凝土起裂与断裂破坏的全曲线,给出了确定无尺寸效应起裂韧度的混凝土试件最小理论尺寸。建立了起裂荷载与起裂韧度之间的解析公式,对三点弯曲、楔入劈拉、四点弯曲等不同类型混凝土试件的起裂荷载,以及不同混凝土的起裂韧度进行了成功预测。     

混凝土裂缝扩展的断裂过程准则与解析

该研究工作对混凝土这一多相的复合材料,通过实验和理论相结合的科学手段,建立了一套完整的描述混凝土裂缝发展的断裂理论以及分析方法。根据实验观测结果提出了双K断裂参数,可以反映混凝土裂缝发展特性。在线形渐进叠加假定基础上,给出了双K断裂参数的解析表达式。根据分布于断裂过程区上粘聚力对裂缝扩展阻力的增强作用,得到了双K断裂参数适用的解析解,并通过实验分析了各种可能因素对双K断裂参数的影响。在考虑粘聚力影响条件下,提出了裂缝扩展阻力的新KR曲线,并将双K断裂参数与之对应起来。研究工作又通过能量的观点提出了与双K断裂参数相对应的以能量释放率为参数的双G断裂参数。通过数值计算和实验分析证实了能量法和应力场法在描述混凝土断裂性能方面的等效性。     

混凝土软化本构关系对双K断裂参数的影响

混凝土裂缝扩展的双K断裂准则,用于描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。其相应的双K断裂参数K_ICⁱⁿⁱ、K_IC^un可通过简便的实验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定。已取得的研究结果表明,起裂韧度K_ICⁱⁿⁱ的解析解与所确定的混凝土软化本构关系有关。对于简单实用的双线性软化本构曲线而言,参数σ_s、w_s、w₀的取值直接影响软化本构关系的确定。根据本课题组新近所做楔入劈拉实验,经分析对比得到了与实测结果相符合、为确定双K断裂参数所使用的双线性软化本构曲线的相应参数。     

砼双K断裂参数的实用解析方法

采用标准三点弯曲梁砼试件,利用试验中测得的最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了砼裂缝亚临界扩展量caD。提出了由虚拟裂缝闭合力)(xs产生的应力强度因子cKI的实用解析方法,进而计算了砼双K断裂参数iniKIC及unKIC。采用这一方法,只需在试验中测得最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc、砼弹性模量及抗拉强度即可确定双K断裂参数并且无需对cKI进行数值积分。大量的计算分析表明,这一实用解析方法不但可使计算过程进一步简化,而且具有很高的精度。     

混凝土断裂过程区长度计算方法研究

该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明：断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。     

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能分析

为研究FRP增强混凝土梁失稳前断裂过程,该文基于混凝土断裂力学理论和非线性FRP-混凝土界面粘结滑移规律,建立了一个跨中裂缝导致界面脱粘的粘聚区模型,采用解析方法推导了FRP增强混凝土梁界面剪切应力、FRP拉应力以及失稳前断裂韧度的公式,为分析FRP-混凝土界面脱粘提供了一种有效的方法,并开展了动态荷载下4种不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4和0.5)的FRP增强混凝土梁三点弯曲试验。结果表明,FRP增强混凝土梁的起裂荷载和阻裂荷载随着初始缝高比的增大而逐渐减小,但初始缝高比为0.4时,试件起裂最晚;起裂韧度和阻裂韧度不随初始缝高比的变化而变化,表现出与其他文献类似的规律,验证了断裂韧度解析解的正确性。     

小跨高比混凝土三点弯曲梁双K断裂参数研究

采用小跨高比三点弯曲梁研究了混凝土的断裂性能。基于对跨高比为2.5和4的三点弯曲梁断裂参数计算公式的线性插值,给出了计算小跨高比三点弯曲梁断裂参数的公式。通过开展3种小跨高比三点弯曲梁试验及文献中的试验数据对该文公式进行了验证,结果表明:随试件高度从100 mm增大至200 mm,基于小跨高比三点弯曲梁所得的起裂断裂韧度基本保持不变,而失稳断裂韧度则逐渐增大,但增幅较小。该文所给公式计算所得的双K断裂参数与文献中已有方法所得结果基本相同。解析法得到的起裂断裂韧度与试验法所得结果吻合较好。通过对文献中的试验数据的分析,进一步验证了该文所给的方法可以用于研究小跨高比三点弯曲梁的断裂性能。     

自重对混凝土三点弯曲梁断裂性能的影响

自重对三点弯曲梁试件的断裂性能有重要影响,而以往基于三点弯曲梁研究混凝土的断裂性能时,很少考虑自重引起的试件初始裂缝张口位移（CMOD_ini）的影响。为了研究CMOD_ini对三点弯曲梁断裂性能的影响规律,给出了CMOD_ini及考虑CMOD_ini影响的有效裂缝长度（a_c）和失稳断裂韧度（K_IC^un）的计算公式,并用不同试件尺寸及不同初始缝高比的三点弯曲梁试验数据进行了对比分析。结果表明：当试件初始缝高比为0.4时,CMOD_ini受试件尺寸影响较小,即使试件尺寸达到2200 mm×550 mm×240 mm时,自重对其CMOD_ini、a_c及K_IC^un的影响均小于5%。CMOD_ini受初始缝高比的影响较大,且随着初始缝高比的增大而增大,对于尺寸为1143 mm×305 mm×76 mm,初始缝高比为0.818的三点弯曲梁试件,自重对其CMOD_ini、ac及K_IC^un的影响分别为24.26%、1.73%和17.31%。可见,当三点弯曲梁试件尺寸及初始缝高比均较大时应该考虑自重引起的CMOD_ini的影响。     

超高韧性水泥基复合材料加固混凝土三点弯曲梁断裂过程的研究

该文利用超高韧性水泥基复合材料(UFHTCC)所具备的较好的裂缝控制能力、较高的耗能能力、耐腐蚀性以及与混凝土之间良好的粘结性能,将其浇注在混凝土三点弯曲梁的受拉面,对加固后的混凝土三点弯曲梁的断裂过程进行了研究.首先由界面变形一致的假定,忽略了UHTCC未开裂区域的弹性变形,提出了UHTCC总裂缝宽度Wu的确定方法,...     

INITIAL FRACTURE MECHANISMS IN NICKEL ALLOYED PM STEEL

Abstract— Initial fatigue crack propagation mechanisms at near threshold conditions were studied for four nickel-alloyed, powder-metallurgy (PM) steels. Fatigue fracture surfaces were obtained by testing smooth rectangular specimens at 30 Hz and under constant amplitude and zero mean stress conditions. Materials based on Distaloy AE were used in two densities, namely 7.15 and 7.45 g/cm³.
All the fracture surfaces were composed of three morphological regions (i) a macrocrack initiation region Rl where cracks propagated preferentially through particles (ii) a macrocrack growth region R2 and (iii) an unstable crack growth region R3 where cracks propagated preferentially between particles. Initial fatigue crack growth, in region R1, was controlled by the propagation of short cracks whose dimensions were comparable to the material microstructure. The subsequent fatigue crack growth in regions R2 and R3 was controlled by ductile rupture between microvoids. Transparticle fracture in region R1 was independent of pore distribution, while interparticle fracture in regions R2 and R3 was dependent on pore distribution.     

基于虚拟裂缝模型的混凝土等效断裂韧度

本文采用虚拟裂缝模型,将临界裂缝尖端张开位移CTODc作为控制参数,利用三点弯曲梁试件通过迭代求得了混凝土裂缝亚临界扩展量的临界值△a_c,据此求得了混凝土起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、等效断裂韧度K_Ic^un值。计算结果表明,随着试件尺寸的增大,△a_c增大,但K_Icⁱⁿⁱ、K_Ic^un值却是与试件尺寸无关的断裂参数。这表明线弹性断裂韧度准则可应用于混凝土结构的裂缝评定。     

混凝土爆破孔壁动态初始参量的数值模拟

在考虑爆轰波与孔壁相互作用及孔壁的可压缩性等主要因素情况下，根据爆轰理论和流体动力学原理，建立了计算偶合装药点起爆时孔壁动态初始参量的物理模型，给出了计算公式。计算了中等威力炸药（如２＃岩石炸药、乳化炸药和水胶炸药）在混凝土中爆炸时孔壁动态初始参量（如初始冲击波压力、速度等值），得到了自起爆点开始沿炮孔长度方向各参量的变化规律、并得出了一些有意义的结论。     

基于弥散与分离裂缝模型的混凝土开裂比较研究

裂缝扩展是影响混凝土结构非线性响应的重要因素,其扩展深度与张开位移是评价结构安全性的重要指标。基于弥散裂缝框架,该文建立了等效裂缝张开位移与损伤因子、断裂带宽度之间的函数关系。分别采用弥散、分离两类裂缝模型模拟I型断裂和I-II混合型断裂试验,二者在结构承载力、裂缝扩展和裂缝张开位移方面均获得了基本一致的结果。数值算例表明弥散裂缝模型与分离裂缝模型计算精度接近但其效率更高。