核级石墨断裂力学性能研究

为研究核级石墨(IG11)的断裂力学性能,对单边切口的石墨梁进行三点弯曲断裂试验,采用电子散斑干涉(ESPI)技术测量梁试件表面的场位移。试验结果表明,石墨的起裂荷载为680~838 N,峰值荷载为845~974 N;峰值荷载处,裂纹口张开位移为0.088~0.091 mm,裂纹尖端张开位移为0.016~0.018 mm,裂缝长度约为25 mm;参照混凝土双K模型及线弹性断裂力学,确定石墨的起裂断裂韧度为0.96~1.19MPa·m~(1/2),失稳断裂韧度为1.61~1.85 MPa·m~(1/2),弹性模量为10.22 GPa。不同加载步的包裹相位图表明,石墨断裂过程区接近正方形,在峰值荷载之前,边长不超过3 mm;峰值荷载之后,边长在5~8 mm范围内变化。     

基于电子散斑干涉技术的混凝土裂纹扩展特性研究

由于存在断裂过程区,混凝土材料的断裂行为表现出一定的非线性,材料的断裂性能对水工结构的承载力和耐久性评估至关重要。为了研究混凝土的非线性断裂行为,对带预制切口的混凝土梁进行三点弯曲试验,采用电子散斑干涉（ESPI）技术获得梁表面的位移场。通过分析梁试件在15个加载步下的裂纹扩展状态,即COD（裂纹张开位移）与a（裂缝长度）的关系,分析混凝土裂纹扩展规律。鉴于线弹性断裂力学（LEFM）公式不适用于裂纹尖端附近的位移计算,在ESPI测量结果的基础上,通过对COD-a曲线进行分段分析,建立了适用于裂缝全长度的COD-a的函数关系式。     

陶粒泡沫混凝土力学性能试验研究

在前期试验研究的基础上,通过调整混凝土配合比以及在陶粒外裹水泥浆,共浇筑84块陶粒泡沫混凝土试块;对试块进行压缩试验,采用数字图像相关(DIC)技术对试件表面进行观测。研究了陶粒泡沫混凝土的破坏形态,抗压强度与密度之间的关系以及减水剂掺量、砂含泥量和陶粒外裹水泥浆对试件抗压强度的影响。结果表明:陶粒泡沫混凝土的典型破坏形态为劈裂破坏;陶粒泡沫混凝土的抗压强度和混凝土密度之间呈指数函数关系;陶粒外裹水泥浆可以提高陶粒混凝土的抗压强度,并解决陶粒在施工和运输过程中的上浮问题;陶粒泡沫混凝土的泊松比可取0.22。     

预制钢筋混凝土结构在地震荷载下的时程响应

根据SAP2000模型来研究预制钢筋混凝土工业结构在不同的地震强度下的动态反应,求得结构内部关键部位的剪力、位移、弯矩、曲率的时程曲线,并与欧洲研究课题组的最新原型试验结果进行对比,以检验该模型的仿真精度。     

高烈度区新型装配整体式空间钢网格盒式筒中筒结构性能对比分析

以高烈度地区某拟建工程为例,简要介绍了新型装配整体式空间钢网格盒式筒中筒结构组成, 利用ＰＫＰＭ和ＭＩＤＡＳ／Ｂｕｉｌｄｉｎｇ软件建立新型盒式结构和常规框架核心筒结构的有限元模型,从自振周 期、楼层剪力、倾覆弯矩、楼层位移、层间位移角等方面对两种结构体系进行对比分析。分析结果表明, 两种结构在满足小震不坏的设防要求下,盒式结构要比常规结构具有更大的抗侧刚度、抗剪刚度,具有 更好的抗震性能和整体协同工作能力。因此,盒式结构比常规结构更适合应用于高烈度地区。     

三点弯曲下混凝土断裂性能参数试验研究

采用三点弯曲试验对混凝土断裂性能参数进行研究,测试了一系列尺寸相同、强度不同的预制切口梁.通过采用等效裂缝模型和双参数模型确定混凝土的断裂韧度,结果表明:采用等效裂缝模型和双参数模型计算的混凝土断裂参数基本相同;随着抗压强度的增加,断裂韧度呈上升趋势,通过曲线拟合,提出根据抗压强度确定断裂韧度的经验公式.通过对试验荷载-挠度曲线进行三种不同的处理,包括国际材料和结构实验室联合会(RILEM)建议、对曲线尾部进行延伸以及采用实际的曲线,得到基于虚拟裂缝模型的断裂能.结果表明,RILEM建议得到的断裂能偏大,当曲线下降段的最低荷载与峰值荷载比值Pmin/Pc≤0.04时,采用实际荷载-挠度曲线得到的断裂能与尾部延伸后曲线得到的断裂能误差小于5％,可为实际断裂试验的实施提供参考.     

悬链线效应下钢筋与混凝土黏结锚固性能试验研究

为研究悬链线效应下锚固钢筋与混凝土之间的黏结破坏,以及在RC框架结构连续性倒塌过程中钢筋拉断和黏结失效的先后顺序,分析锚固长度、钢筋布置方式对黏结锚固性能的影响。将钢筋锚固于钢筋混凝土柱中,通过自制的自平衡加载装置,实现对框架结构梁端破坏而钢筋未拉断时形成悬链线受力机制的钢筋进行加载。试验结果表明：锚固钢筋与混凝土之间发生劈裂破坏,而锚固钢筋并没有被拉断,所以在RC框架结构抗倒塌设计中不宜采用直锚的锚固形式,而应该采用其他有效的锚固形式。此外,单排钢筋布置有利于提高锚固钢筋与混凝土之间的平均黏结应力,较双排钢筋布置下的约提高15%。     

基于ESPI技术的混凝土单轴拉伸断裂特性研究

为了研究混凝土的拉伸断裂特性,对带有预制切口的C80高强混凝土棱柱体进行单轴拉伸试验,采用电子散斑干涉(ESPI)技术测量棱柱体表面的场位移等信息,分析加载过程得到混凝土的断裂参数以及断裂特性等。为进行对比分析,本次试验还采用线性位移计和夹式位移计测量试件的变形程度。对比结果表明ESPI技术的测量结果与夹式位移计结果吻合较好,证实了ESPI技术用于测量混凝土表面位移场的精确性和可行性。分析得到:初裂点应力约为峰值应力的82%;峰值下裂缝口张开位移(CMOD)为11 μm,结合公式得到混凝土在单轴拉伸下的断裂韧度约为0.41 MPa·m^1/2,断裂能约为24.71 N/m;利用两种拟合公式对试验应力-应变关系进行拟合,得到了较好的拟合结果。最后,通过不同加载步骤下ESPI技术测得的位移云图分析裂缝口张开位移随试件宽度的变化规律,得到了单轴拉伸下的裂纹扩展规律。     

现浇磷石膏应力-应变曲线试验研究

采用自制加载装置,通过棱柱体试件单轴受压试验研究现浇磷石膏的本构关系,并测定材料弹性模量和泊松比。制作了9组不同材料配合比试件共38个,采集到33个试件的有效数据。试验结果表明：当试件应变接近峰值应变时,现浇磷石膏具有迅速破坏的脆性性质,破坏状态主要为劈裂破坏;残余应力与峰值应力之比约为0.5～0.8,极限应变与峰值应变之比约为1.1～1.6;缓凝剂对峰值应力影响较大,当其掺入量在0.3%左右时,峰值应力可取8.6MPa,极限应变可取2.54×10^-3,而当其掺入量远大于0.3%时,峰值应力可取2.8MPa,极限应变可取2.01×10^-3;残余应力可取峰值应力的0.7倍,极限应变可取峰值应变的1.45倍;提出了材料的三段式本构方程,可反映受压试验所表现的全部特征;现浇磷石膏强度较高时,弹性模量也较高,当缓凝剂掺入量在0.3%左右时,弹性模量可取5300MPa,缓凝剂掺入量远大于0.3%时,弹性模量可取2 000 MPa;材料泊松比可取0.19。     

基于P-CMOD曲线确定混凝土断裂能及尺寸效应分析

混凝土断裂能是评估混凝土断裂性能的关键参数。然而三点弯曲试验测得的挠度δ离散性较大,传统方法采用荷载-挠度(P-δ)曲线得到的断裂能误差较大。为了得到更准确的断裂能,假设带预制切口的混凝土梁绕虚拟裂缝的尖端旋转,合力矩做的功除以断裂面积等于断裂能,用荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线代替P-δ曲线计算断裂能,对已有的公式进行简化。对5组不同尺寸混凝土梁进行三点弯曲试验,使用简化的方法计算混凝土的断裂能。结果表明,两种方法计算的断裂能,有着明显的差异,同时P-CMOD曲线计算的断裂能离散性更小,表现出较好的稳定性。此外,对不同尺寸试件的峰值处荷载Pc、挠度δc、最大张口位移CMODc以及两种方法计算的断裂能的尺寸效应进行了分析。