砼非标准三点弯曲梁试件双Ｋ断裂参数

采用跨高比为２．５的非标准三点弯曲梁试件,利用在试验中测得的最大荷载Pmax对应的裂缝口张开位移ＣＭＯＤc,根据渐近线性叠加假设,求得了砼缝亚临界扩展量△ac.在此基础上,采用虚拟裂缝模型计算了不同初始缝长,不同试件高度的砼非标准三点弯曲梁试件的起裂断裂韧度Ｋ^iniIC,失稳断裂度Ｋ^umIC及临界裂缝尖端张开位移ＣＴＯＤc,计算结果表明,砼Ｋ^umIC与试件高度及初始缝高比无关,而Ｋ^iniIC在初始缝高比a0/h=0.3-0.5内,也是一稳定的常数且试件高度无关,这说明砼双Ｋ断裂参数可作为砼的材料常数。     

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。     

自密实轻骨料混凝土的双K断裂参数和断裂能试验研究

自密实轻骨料混凝土(Self-consolidating lightweight concrete,SCLC)是一种自重轻,无需振捣的新型混凝土。其工作性能、耐久性能已有少量研究,但SCLC的断裂性能目前未见报道。该文配制了六组不同的缝高比的SCLC三点弯曲梁。通过试验测得的荷载-位移曲线,计算了SCLC的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度,并采用边界效应方法计算了真实断裂能。试验表明,SCLC的起裂断裂韧度随试件缝高比增大而增大,失稳韧度则随缝高比的增大而保持常数,为1.17MPa.m1/2。测得的断裂能Gf也随试件缝高比的增大而增大,真实断裂能GF=116.1N/m,过渡韧带长ab*=32.5mm。     

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。     

全级配混凝土I型裂缝扩展全过程数值模拟

该文将起裂断裂韧度作为裂缝扩展的判定依据,应用ANSYS软件,对全级配混凝土I型裂缝扩展过程进行数值模拟,分别计算了混凝土楔入劈拉试件的荷载-裂缝口张开位移曲线、临界裂缝长度和双K 断裂韧度,并与溪洛渡大坝的断裂试验结果进行比较,吻合良好。同时,结合试验数据,将该文计算结果与《水工混凝土断裂试验规程》规定的标准尺寸试件断裂参数计算结果进行对比。结果表明:规程规定的方法也适用于大尺寸非标准试件双K 断裂参数的计算,其误差率在5%以内。此外,对于全级配混凝土,只要通过试验测得其弹性模量、抗拉强度、抗压强度和起裂荷载,即可用该文提出的方法计算混凝土的双K 断裂韧度和裂缝扩展全过程。应用该方法还可以得到全级配混凝土的K_R阻力曲线。     

混凝土非线性断裂韧度G_(Ic)及其尺寸效应

就混凝土而言，在裂缝失稳扩展前，由于裂缝尖端的微裂区而产生非线性变形并伴有裂缝的亚临界扩展。这种非线性变形与亚临界扩展，使混凝土材料在断裂前吸收更多的能量。本文从试验得出的荷载－位移的非线性曲线出发，求得了材料抵抗裂缝扩展的非线性断裂韧度，并探讨了试件缝高比及高度对的影响。     

低热水泥全级配混凝土断裂试验及尺寸效应分析

该文分析了低热水泥全级配混凝土断裂性能的尺寸效应规律。通过在大坝工程施工现场浇筑成型试件有效高度为0.75 m、1.5 m和2.25 m的楔入劈拉试件并开展试验,获得低热水泥全级配混凝土稳定的双K断裂参数。基于试验结果,采用理论方法推求全级配混凝土无尺寸效应的失稳和起裂韧度,预测任意尺寸试件的最大和起裂水平荷载。研究发现,当韧带高度与骨料最大粒径比值大于等于6.0后,双K断裂参数趋于稳定。尺寸效应模型及其演化形式可用于确定全级配混凝土无尺寸效应的起裂和失稳断裂韧度,定量分析强度与韧度对裂缝扩展的影响,并可通过引入等效几何参数,分别建立任意尺寸试件最大和起裂水平荷载的预测方程。     

基于声发射技术的非标准自密实混凝土三点弯曲梁动态断裂特性

对不同初始缝高比的自密实混凝土(Self-compacting concrete,SCC)非标准三点弯曲梁开展不同加载速率下的断裂试验,获得其断裂的荷载-裂缝嘴张开口位移曲线及峰值荷载、断裂韧度、临界缝高比增量、弹性模量和柔度系数等断裂参数,结合Pearson相关性检验公式及加载速率效应模型,定量分析初始缝高比、加载速率与断裂参数间的相关性强弱及SCC断裂参数的加载速率效应。结果表明峰值荷载、断裂韧度及弹性模量均存在一定的加载速率效应,柔度系数仅与初始缝高比强相关,弹性模量和断裂韧度是材料的固有属性,不受初始缝高比影响。同时,基于声发射(Acoustic emission,AE)技术对SCC的损伤断裂过程、断裂边界效应及裂缝扩展模式进行分析,结果表明,AE参量能较好地反映混凝土断裂的三阶段特性及边界效应。裂缝的扩展首先以拉伸裂缝为主,剪切裂缝占比随着裂缝扩展过程逐渐增大。      

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。     

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_ICun）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_ICun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_ICun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。     

Determination of double-Determination of double-K criterion for crack propagation in quasi-brittle fracture Part I: experimental investigation of crack propagation

The results of experimental investigations using laser speckle interferometry on small size three-point bending notched beams and using photoelastic coating and the strain gauges on very large size compact tension specimens of concrete are presented in detail. The investigations showed that there exists a stage of stable crack propagation before unstable fracture occurs. The results are in agreement with other researchers' investigations using moire interferometry, holographic interferometry, dye-impregnation method and microscope. Further detailed study shows that the three different states, i.e., crack initiation, stable crack propagation and unstable fracture can be distinguished in the fracture process in concrete structures. In order to predict the crack propagation during the fracture process in quasi-brittle materials a double-K criterion is proposed. The double-K criterion consists of two size-independent parameters. Both of them are expressed in terms of the stress intensity factors. One of them reflects the initial cracking toughness, denoted with Kⁱⁿⁱ, which can be directly evaluated by the initial cracking load, P_ini, and the precast crack length, a₀, using a formula of LEFM. The other one refers to the unstable fracture toughness, denoted with K^un, which can be obtained inserting the maximum load, P_max, and the effective crack length, a, into the same formula of LEFM. The values of the two parameters, K _Ic ⁱⁿⁱ and K _Ic ^un , obtained from the small size three-point bending notched beams and the large size compact tension specimens show that K _Ic ⁱⁿⁱ and K _Ic ^un are size-independent. Evaluating with the K-resistance curves obtained from the same test data, it is found that the proposed double-K criterion is equivalent to it in basic principle, but, the double-K criterion can be applied more easily than the K-resistance curve. Finally, as a practical example, the application of the double-K criterion to the prediction of the crack propagation in a concrete dam is discussed.     

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ini c K I 、un c K I 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ini c K I 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s s 、s w 、0 w 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。     

Determining residual double-K fracture toughness of post-fire concrete using analytical and weight function method

Determination of double-K fracture parameter using both analytical and weight function method is carried out in present research. In calculating the cohesive fracture toughness, two situations are divided at critical load. Wedge-splitting tests with ten temperatures varying from 20 to 600 °C are implemented. The complete load-crack opening displacement curves are obtained from which the initial and critical fracture toughness could be calculated experimentally. The validation of double-K fracture model to the post-fire concrete specimens is proved. Meanwhile the weight function method agrees well with the analytical method. Finally, an index to indicate the brittleness of concrete specimen through the ratio of initial fracture toughness and unstable fracture toughness is proposed.     

混凝土断裂及亚临界扩展的细观机制

通过模型和三点弯曲断裂SEM试验,详细研究了混凝土断裂全过程及亚临界扩展的细观机理。结果表明:混凝土断裂是一个复杂的不规则过程,存在明显的亚临界扩展现象。混凝土亚临界扩展路径是曲折的,并非经典断裂力学假定的平直路径,混凝土亚临界扩展和临界失稳扩展呈现分形特征。用起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,来描述混凝土抵抗初裂和临界失稳扩展的能力。给出了考虑亚临界扩展弯折效应的混凝土亚临界扩展长度、混凝土起裂断裂韧性iICK和分形等效断裂韧性feICK,的计算表达式。计算表明:混凝土失稳断裂时的分形等效断裂韧性feICK ,与混凝土亚临界扩展的分维数D成正比。