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.

往复荷载下混凝土断裂力学特性研究

为研究混凝土在往复荷载作用下的断裂性能,通过往复加载,对带预制切口的混凝土梁进行三点弯曲试验,得到荷载-位移曲线。采用扩展有限元法对三点弯曲梁进行模拟,将数值模拟结果与试验结果进行对比,二者吻合较好,证实了数值模型的可靠性。进而对不同缝高比、不同缺口偏置距离、不同跨度的三点弯曲梁进行模拟,研究混凝土在往复荷载作用下的断裂行为。结果表明:随着缝高比增大,起裂荷载Pini与峰值荷载Pun逐渐减小,临界有效裂缝长度ac逐渐增大;起裂断裂韧度和失稳断裂韧度先增大后减小,当缝高比为0.3左右时,断裂韧度达到最大值。随着跨度增大,临界有效裂缝长度ac逐渐增大,但增幅不超过3.8%;混凝土断裂韧度先增大后减小,但总的变化幅度不超过7.6%。随着缺口偏置距离的增加,起裂荷载Pini和失稳荷载Pun逐渐增大,裂缝扩展为I-Ⅱ复合型裂缝并产生两次曲裂,呈现向上部加载点发展的趋势。

基于XFEM模拟的核级石墨断裂行为研究

为研究核级石墨的断裂性能,对单边切口的石墨梁进行三点弯曲试验,并采用扩展有限元(XFEM)对其断裂行为进行数值模拟。通过将数值模拟结果与试验得到的荷载-位移曲线进行对比,验证了数值模拟的可靠性。研究结果表明,加载过程中断裂过程区(FPZ)完全发展时,其长度lFPZ最大,约为14.16mm,约为石墨梁韧带高度的68%;分析了缝高比a0/D在起裂和失稳时石墨的断裂参数的变化,结果表明:随着a0/D的增大,起裂荷载Pini和峰值荷载Pc随着a0/D的增加而减小,Pini/Pc的比值保持稳定在0.8左右;双K断裂参数KIcini和KIcun基本保持不变;FPZ的长度lFPZ在完全发展之前呈线性增加,之后长度逐渐减小。

往复荷载作用下混凝土梁的断裂性能

为研究混凝土梁在往复荷载作用下的断裂性能,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)技术对梁表面进行全场测量。通过ESPI测量结果,得到裂缝尖端张开位移。分析结果表明:荷载—裂缝尖端张开位移曲线在混凝土试件梁裂缝起裂阶段,梁名义刚度不变;裂缝稳定扩展阶段,梁名义刚度逐渐降低到0,承载力达到最大;裂缝失稳扩展阶段,梁名义刚度降低为负值,此时裂缝发展迅速。ESPI位移图能够直观反映混凝土的裂纹扩展过程,在加载初期,干涉条纹极少,可认为材料处于弹性变形阶段;加载中期,干涉条纹逐渐增多,卸载后只有少部分形变能够恢复,可认为进入弹塑性变形阶段;加载后期,干涉条纹增加迅速,试件变形较大。裂缝张开位移曲线荷载值相等时,加卸载路径曲线的斜率(裂缝长度/裂缝张开位移)接近,但裂缝长度会随着加卸载历史有所改变。

基于数值模拟的输电铁塔主角钢加固研究

为提高输电铁塔主角钢的强度承载力,本文提出一种使用螺栓连接,在角钢外侧并联不等边角钢的加固方案。利用数值模拟建立角钢加固前、双侧并联不等边角钢加固、单侧并联不等边角钢加固三个有限元模型,考虑荷载施加的不同位置,分析不同加固方案的效果。模拟结果表明:双侧并联不等边角钢加固相对加固前强度承载力提高了43.2%,单侧并联不等边角钢相对加固前强度承载力仅提高3.57%;工程应用时必须将加固部位向上延伸一个塔身段,或者加固到主角钢开断处来保证加固构件的协同受力性能。同时采用现行规范对上述模型进行理论计算,模拟结果与理论计算对比表明:本文数值模拟选取的有限元参数合理计算结果可靠;可以使用现行规范对本文提出的单侧并联构件加固方法进行工程计算,计算双侧并联加固时建议提高15%的设计承载力。

贵州电网老旧输电线路覆冰危险点杆塔结构可靠性分析

为了解贵州电网老旧输电线路覆冰危险点杆塔结构可靠性,采用理论研究的方法分析了三种型号输电导线在不同覆冰厚度下的水平荷载与垂直荷载;同时分析了10mm冰区和20mm冰区杆塔在同种档距下不同覆冰厚度;相同覆冰厚度下不同档距和不同高差下导线的不平衡张力。选取220kV典型铁塔YJ22和500kV典型铁塔JG22为代表建立线性三维模型,采用有限元分析的方法研究了正常使用状态和极限承载力状态下两种铁塔的杆件应力情况。结果表明输电线路导线截面越小,覆冰引起的不平衡张力相对变化越大;覆冰造成的不平衡张力随着档距和高差的增加而增大;新规程下老旧输电线路典型铁塔YJ22和JG22在运行时存在较大的安全风险,后续使用时应采取相应加固补强措施提高老旧线路的安全运行能力。