混凝土试件四点加载剪切断裂试验研究

有关混凝土Ⅱ型断裂的试验研究是混凝土断裂问题中的热点和难点问题。通过6组24个四点剪切试件对裂缝的剪切扩展过程以及断裂韧度K_Ⅱc进行试验研究,由试件的荷载-应变(P-ε)曲线、荷载-时间(P-t)曲线和荷载-裂缝尖端滑移位移(P-CTSD)曲线,确定试件的破坏荷载、裂缝尖端混凝土应变以及裂尖滑移位移。试验中可见,试件裂缝扩展方向并不平行于剪力方向,而是从裂缝尖端扩展至近加载点附近,表现为倾斜裂缝。试验结果表明,混凝土试件的Ⅱ型断裂韧度K_Ⅱc变化范围为0.5～1.1(MPa·m^0.5)。K_Ⅱc随近加载点与预制缝之间的距离减小而增大;K_Ⅱc随初始缝高比的增大而增大。经分析可知,试验过程中形成加载的高窄剪力区容易引起混凝土的剪切断裂。     

钢筋混凝土三点弯曲梁断裂韧度计算模型

基于虚拟裂缝模型,针对钢筋混凝土试件在三点弯曲作用下开裂截面的受力特征,在合理假定的前提下,给出了一种计算钢筋混凝土三点弯曲梁的失稳断裂韧度的解析方法。然后,应用该方法计算了初始缝高比 α₀（初始裂缝长度与试件高度的比值）分别为0.2,0.3,0.4,0.5的三点弯曲试件的最大荷载和临界有效裂缝长度,进而求得了钢筋混凝土三点弯曲梁的失稳断裂韧度。通过对计算结果与试验数据的误差分析,发现失稳断裂韧度最大误差为4.915%,说明这种方法可以较为准确地预测三点弯曲梁的失稳断裂韧度。在此基础上研究了初始缝高比 α₀对失稳断裂韧度的影响,发现失稳断裂韧度基本上不随 α₀ 变化,失稳断裂韧度可以作为材料常数,应用于裂缝扩展状态的判断。     

集中荷载作用下宽翼缘双箱组合梁剪滞效应分析

宽翼缘钢-混凝土组合梁结构中剪滞效应的存在将导致混凝土翼板、钢梁底板及腹板发生纵向翘曲变形,对组合梁截面应力和变形产生重要影响。为了深入分析其作用机理,该文基于最小势能原理,忽略界面滑移效应,在假定混凝土翼板、钢梁底板纵向变形沿板宽度方向呈近似抛物线分布的前提下,推导了宽翼缘双箱钢-混凝土组合梁结构考虑剪滞效应的控制微分方程。并求得在两端简支约束条件和集中荷载作用下的应力和变形解析表达式。通过数值算例,结合组合梁试验、有限元模拟三者相互比较分析,表明该文提出的方法为分析组合梁结构关于剪滞效应问题提供了理论基础,对工程应用具有一定的指导作用和参考价值。     

海洋结构CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭荷载下的力学性能研究

为了研究CFRP环向约束钢管混凝土柱在压弯扭复合荷载下的力学性能,该文开展了4个CFRP环向约束钢管混凝土柱和2个钢管混凝土柱的拟静力试验,主要参数为CFRP层数和轴压比,得到了在弯扭、压弯扭两种荷载作用下柱的破坏模式和荷载-变形曲线。试验结果表明, CFRP环向约束钢管混凝土柱的破坏模式为弯型破坏,其破坏过程为:塑性铰区域钢管局部屈曲、CFRP形成环向裂纹,随后CFRP断裂、与钢管剥离,最后钢管局部屈曲部位开裂。轴力的存在会使得钢管更容易出现“象腿”破坏模式。在弯扭荷载下, CFRP环向约束对钢管混凝土的延性以及承载力提高不明显;在压弯扭荷载下, CFRP环向约束能有效提高钢管混凝土的延性及其耗能能力,减缓刚度退化,但对承载力的提高不明显。此外,增加CFRP层数能有效抑制钢管的局部屈曲,增强耗能能力。     

三相导电混凝土掺料配比研究及评价

以钢纤维(Steel Fibre, SF)、碳纤维(Carbon Fibre, CF)、纳米炭黑(Nano-Carbon Black, NCB)为导电掺料,基于正交试验方法设计试验,测量每组配比下试件的电阻率与抗压强度,并采用层次分析法和灰色关联度法进行评价。结果表明,三相导电混凝土试件电阻率随SF、CF和NCB掺量的增加而降低;抗压强度随SF、CF掺量的增加而增加,而NCB反之;其中CF对电阻率和抗压强度的影响均最为显著。当SF、CF和NCB掺量分别为0.6%、0.3%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土达到渗流阈值;而综合评价后可知,当SF、CF和NCB掺量分别为0.9%、0.7%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土性能最好,其抗压强度提升31.8%,电阻率降低98.9%。     

南水北调中线工程超大口径PCCP外载试验研究

采用原型现场试验的方法,分析了南水北调中线工程PCCP管道的外载试验方法、破坏特征和承载机理.制订了试件成型与测量方案,得到外载试验的具体过程、试验破坏特征以及开裂荷载,最后基于试验现象与试验结果分析了PCCP管的破坏位置,即裂缝出现在管顶与管底的内侧管芯混凝土和管侧的砂浆保护层,裂缝出现后迅速沿管身贯通,裂宽增加,裂缝条数稳定.试验为超大口径PCCP管道的生产、施工积累了经验,为制订超大口径PCCP管道标准以及质量验收标准提供依据.     

超大口径预存裂缝的预应力钢筒混凝土管结构分析与试验研究

针对南水北调工程中预应力钢筒混凝土(PCCP)管芯混凝土预存裂缝问题,通过对原型管道的抗裂外压承载力试验,探讨了预存管芯外壁纵向裂缝对承载力的影响,分析了混凝土管的受力特性。试验结果表明,PCCP在抗裂外压检验荷载下,其破坏主要发生在管顶、管底内侧管芯混凝土和管腰外侧砂浆保护层的受拉破坏。基于ABAQUS有限元分析,选用混凝土塑性损伤模型,对PCCP抗裂外压试验进行结构数值模拟,数值计算与试验结果一致。计算结果表明,管芯混凝土预存裂缝对PCCP抗裂外压极限荷载影响不大,但在外载作用下,预存裂缝会对混凝土、砂浆保护层出现应力集中现象,从而导致裂缝的发生与扩展。     

BCCP内水压承载能力原型试验

为了研究钢筋缠绕钢筒混凝土压力管（BCCP）在内水压作用下的承载破坏特征,设计了三个不同管径的BCCP内水压现场原型试验.在管径1 800 mm BCCP的钢筒、钢筋和混凝土保护层上布置环向应变片,逐级施加内水压至2.5 MPa,得到了各部位在内水压作用下的受力变化规律.主要结论如下:BCCP从生产时施加预应力到承受内水压至最终破坏的受力过程可分为5个阶段.1）管芯受预应力钢筋环向作用力阶段.缠筋后,钢筒与混凝土形成的管芯受到一个初始预压应力;2）保护层开裂前整管承受内水压弹性阶段.对应于试验中内水压小于1.5 MPa的阶段,管芯依然受压,而预应力钢筋和外混凝土保护层受拉;3）保护层开裂,管芯承受内水压弹性阶段.试验中当内水压达到1.6 MPa后,保护层开始达到抗拉强度开裂,混凝土管芯也从初始的受压慢慢转变为受拉,依然处于弹性状态;4）管芯开裂,钢筒和钢筋受拉弹性阶段.当内水压达到2.2 MPa后,管芯径向开裂,但是钢筒和钢筋的应力随内水压依然稳步增长;5）管道破坏阶段.钢筒和预应力钢筋达到最终屈服强度,整管丧失承载能力.研究成果可为BCCP在输调水工程中的推广使用以及相关标准的制定提供依据.     

不同水压下混凝土断裂能弱化效应试验研究

为了研究混凝土在水力劈裂过程中的断裂能变化规律,分析了水力劈裂中的各荷载做功,建立了水压力下断裂能的计算公式,开展了12组混凝土水力劈裂试验,得出了水压力对混凝土断裂能的影响规律。结果表明:水压力作用下混凝土的断裂能减小,水压力越大,混凝土的断裂能越小;混凝土在水力劈裂过程中的断裂能弱化效应不可忽略,在0.3 MPa水压力下,该弱化效应随水压力增加呈线性递增趋势。     

管芯纵向裂缝对BCCP承载能力影响研究

为了研究管芯纵向裂缝对BCCP(钢筋缠绕钢筒混凝土压力管)承受内、外压能力的影响,选取合适的材料本构模型,利用ABAQUS软件建立了DN1 800 BCCP内、外压计算模型,在内压管的钢筒外管芯和外压管的管顶钢筒内管芯处分别设置了1 000 mm、2 000 mm、3 000 mm、4 000 mm的纵向裂缝,将计算结果与完好管进行了对比。结果表明,对于内压管,外管芯纵向裂缝仅对外管芯达到受拉极限所对应的内压值产生影响,且该值与纵向裂缝长度无关,均在2.95 MPa左右,比完好管小0.25 MPa;对于外压管,管顶内管芯纵向裂缝仅对裂缝所在位置处达到受拉极限所对应的外压值产生影响,同样与纵向裂缝长度无关,均在1 200 kN左右,比完好管小300 kN;无论是内压管还是外压管,保护层、钢筒和钢筋达到极限强度时所对应的荷载值都与管芯有无裂缝以及裂缝长度无关。