改进的圆形紧凑拉伸法研究混凝土双G断裂参数

双G断裂模型是双K断裂模型的延伸和补充。采用改进的圆形紧凑拉伸法进行试验,首先验证这种新型断裂力学试验方法能否获得稳定的双G断裂参数,并将公式K=(EG)~(1/2)得到的双K断裂韧度与直接计算得到的结果相比较,进一步验证双G断裂模型和双K断裂模型在描述断裂性能方面的等效性。同时研究了两种断裂模型参数的尺寸效应。试验试件直径从150 mm到300 mm变化,共计分为4组。试验结果表明,采用改进的圆形紧凑拉伸法测得双G参数的数值较为稳定,离散性较小。双G断裂模型和双K断裂模型在描述断裂性能方面具有很高的等效性。在本文的尺寸范围内,当试件直径大于200 mm时,起裂断裂参数KiniIc和GiniIc没有明显的尺寸效应,失稳断裂参数K_(Ic)~(un)和G_(Ic)~(un)随着试件尺寸的增大而增大,但增长幅度不大。     

有压泄洪洞内多级孔板消能的试验研究

多级孔板是用于有压泄洪洞的一种新型消能措施。为了论证其消能效果和水流特性,特进行了单条洞体的水工模型试验。本文对多级孔板的消能效果、水流特性和空化、空蚀问题等试验成果进行分析研究后提出:(1)在有压泄洪洞内采用多级孔板消能,效果显著。若设五级孔板,其水头损失总和约占总水头损失的93%。(2)一般情况下,孔板消能系数K值随孔径比d/D的减小而增大,随距径比L/D的增大而增大,在充分紊流区,K值和需诺数无关。(3)孔板段最高流速在洞中心附近约为断面平均流速的3倍。(4)孔板段脉动压力幅值随库水位升高而增加。(5)孔板的空化和空蚀问题是多级孔板消能方案的关键问题之一。减小泄洪洞出口断面、抬高下游尾水位或加大孔板的孔径比,均可有效地调整洞内压强,提高水流空化数,避免最末一级孔板发生空化。但由此会相应地减小泄洪洞泄流能力或降低孔板的消能效果,所以在利用多级孔板进行消能设计时,需要权衡利弊,进行适当处理。     

喷射UHTCC与混凝土界面的Ⅱ型断裂试验研究

使用喷射超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)加固和修补水工混凝土结构具有广阔的应用前景。为评估加固效果,采用喷射UHTCC和既有混凝土制备成的两端无切口剪切型断裂复合试件,开展单边加载剪切型断裂试验,测试两种材料的界面剪切型断裂韧度。对既有混凝土表面分别采用高压水枪冲洗、人工凿毛和涂抹界面剂三种不同的处理方法,并对比研究喷射UHTCC和浇筑UHTCC两种施工工艺,探究不同因素对复合试件界面剪切型断裂韧度的影响。试验结果表明:喷射UHTCC与既有混凝土之间黏结性能良好;界面粗糙度对界面剪切型断裂韧度无显著影响;涂抹界面剂会使界面剪切型断裂韧度显著下降;喷射UHTCC制备的复合试件其界面剪切型断裂韧度高于浇筑UHTCC制备的复合试件。喷射UHTCC技术可对水工混凝土结构进行有效的加固和修复。     

Preparation of self-compacting ultra-high toughness cementitious composite

A self-compacting ultra-high toughness cementitious composite (UHTCC) reinforced by discontinuous short polyvinyl alcohol (PVA) fibers, which exhibits self-compacting performance in the fresh state and strain-hardening and multiple cracking behavior in the hardened state, was developed through controlling flow properties of fresh mortar matrix at constant ingredients concentrations determined by micromechanical design and ensuring uniform fibers dispersion. The superplasticizer was utilized to adjust its flow properties in the fresh state. A series of flow tests, including deformability test, flow rate test, and self-placing test, were conducted to characterize and quantify the fluidity performance of fresh mortar matrix and self-compactability of fresh UHTCC. It is revealed that the utilization of superplasticizer is efficient in producing the fresh mortar matrix with desirable fluidity and the resulting self-compacting UHTCC. In addition, results of four point bending tests on the developed self-compacting UHTCC confirm the insensitivity of mechanical performance of self-compacting UHTCC to the presence of external vibrations as well as the flexural characteristics of deformation hardening and multiple cracking.     

各种级配大坝混凝土双K断裂参数试验研究——兼对《水工混凝土断裂试验规程》制定的建议

为配合水工混凝土断裂试验规程在我国的制定,提供更充足的基础数据,受规程编制组委托,进行了最大尺寸为S×D×B=2200 mm×550 mm×240 mm的三点弯曲梁试件和最大尺寸为2H×D×B=1200 mm×1200 mm×250mm的楔入劈拉试件共140个试件的断裂试验。通过电阻应变片,测得不同布置测点荷载应变变化曲线,由此确定了不同级配及湿筛法大坝混凝土实测的起裂荷载和失稳荷载,计算了双K断裂韧度参数,讨论分析了双K断裂参数的尺寸效应和形状效应。结果表明:电阻应变片法测定起裂荷载的方法可行,Pini/Pmax=0.6￣0.85;三点弯曲梁法所得混凝土双K断裂韧度值无明显的尺寸效应;楔入劈拉试件由于竖向加载荷载PV引起附加力矩MV对裂缝尖端应力场的影响,导致所得混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应,但当采取措施消除此影响或此影响较小时,楔入劈拉试件的断裂韧度值也将无明显的尺寸效应;在相同配合比、相同高度条件下,不同试件形式的双K断裂韧度值无明显的差异。因此,可认为混凝土双K断裂参数是描述混凝土结构裂缝起裂及失稳断裂过程的材料常数,与试样类型和尺寸无关。     

高温后超高韧性水泥基复合材料冲击破碎#br# 分形特征分析

采用了Ф80mm的分离式Hopkinson压杆对经历不同温度（常温、200℃、400℃、500℃、600℃、800℃）后的混杂纤维UHTCC材料进行了三组冲击气压下(0.35MPa、0.45MPa、0.55MPa)的动态压缩试验，收集冲击破碎后的试块进行分形特征分析。利用X-CT和SEM扫描电子显微镜对高温后试样的内部结构进行观测，从微观上解释了碎片分形特征随温度变化的原因。结果表明：UHTCC的分形维数随着冲击气压的增大而增大，耗能能力随着分形维数的增加呈指数式上升。与传统混凝土材料不同，UHTCC的分形维数随着温度的升高而降低，800℃时其分形维数接近于混凝土。UHTCC中PVA和钢纤维的协同阻裂作用改变了裂纹的发展路径，造成断裂面粗糙度增加，这可能是分形维数高于混凝土的原因；随着温度的增大，纤维桥联作用的弱化、温度裂纹的出现以及水化产物的分解导致材料断裂面粗糙度降低，分形维数逐渐接近于混凝土。     

纤维水泥基复合材料轴向直接拉伸试验保证措施研究

直接拉伸试验是获得材料单轴拉伸应力-应变曲线的唯一可行方法,初始偏心是影响单轴拉伸试验结果的关键问题。结合外夹式和粘贴式单轴拉伸试验优点,设计上端球铰连接,下端球铰和销钉共同作用的试验装置,此装置能有效消除试件安装时的初始偏心,并具有轻微偏心的自调节功能,适用于具有应变硬化特征的高韧性、高延性、高能量吸收能力的纤维水泥基复合材料的轴向拉伸试验。对不同厚度UHTCC宽板进行轴向拉伸试验,研究其基本力学参数及应力应变特性。     

高强混凝土双K断裂参数测试及计算方法

采用楔入劈拉试样研究高强混凝土的双K断裂参数测试和计算方法。利用应变片测定试件的起裂荷载,计算得到试件精确的起裂断裂韧度。认为利用普通混凝土双线性软化曲线的经验参数,并基于虚拟裂缝扩展黏聚力强度理论间接计算得到的起裂断裂韧度值偏小,因此迫切需要进一步研究高强混凝土软化曲线的参数,以完善混凝土的双K断裂理论。     

纺织材料低频动态力学性能的研究

本文研究了纺织材科的低频动态力学性能.从分析纺织纤维的微观结构着手,认为线性力学模型能较好地描述纺织材料的动态力学性能及其复弹性模量与频率的关系.模拟在织造过程中经丝的形变,研制了纺织材料粘弹仪,并测出几种主要纺织纤维和织物的复弹性模量和内耗角,对纤维和对应织物之间的动态力学性能差别作了研究.     

CFRM应变传感系统稳定性研究

本文利用碳纤维导电水泥基复合材料(CFRM)的压敏特性制成应变传感器,并研究了CFRM应变传感器在养护期间和养护完成后的电阻稳定性。试验结果表明,CFRM应变传感器的电阻在养护初期增长迅速,然后逐渐变慢,养护结束后很长一段时间内持续呈线性增长;此外,CFRM的电阻对温度很敏感,在降温0.105℃/h的过程中,电阻的变化率为2.027Ω/h;在100 h左右时间里,两个应变传感器的电阻差基本稳定在750Ω左右,拟合电阻变化率约为单个应变传感器电阻变化率的1/60,从而证明带补偿的CFRM应变传感系统可以补偿掉龄期和温度对CFRM应变传感器的影响,测量结果具有较好的稳定性。