静水压力下混凝土双K断裂参数试验测定

本文主要研究混凝土在机械荷载和水压力的双重作用下,裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况。试验采用楔入劈拉试件,试验时每间隔一定的机械荷载,施加一个循环的一定数值的水压力,直至试件断裂。试验采用“恒定裂缝张开位移”和“恒定荷载”两种加载方式,恒定裂缝张开位移是对水压力作用下的试件进行的定性对比分析,恒定荷载是对固定水压力作用下的试件,通过表面粘贴应变片的方法监测裂缝的起裂和扩展长度。采用混凝土裂缝扩展的双K断裂准则计算了粘聚韧度、失稳韧度和起裂韧度,并与试验测定结果进行了比较。结果表明,随着水压力的逐渐增大,试件的可承受最大荷载逐渐减小,裂缝的起裂提前。

混凝土楔入劈拉试件双K断裂参数叠加计算及其边界效应

采用楔入劈拉试件几何形式,进行了最大尺寸为1 200 mm×1 200 mm×200 mm混凝土断裂试验.根据试验获得的荷载张开口位移关系曲线,在线性渐近叠加假定的基础上,利用应力强度因子叠加原理计算了双K断裂参数,考虑了当楔形力的竖向分量、自重和支承反力三者不共线时,竖向分量和自重对裂缝尖端应力强度因子的贡献.试验结果表明,当试件高度大于600 mm时,测定的双K断裂参数是与尺寸无关的常数值;当试件高度低于600mm时,测定的双K断裂参数存在尺寸效应.采用边界效应模型分析发现,其尺寸效应与边界对断裂过程区发展的约束作用相关,试件的高度越小,边界的约束作用越强,测定的断裂韧度越小.经边界效应模型修正后,可得到与尺寸无关的常数值.

不同尺寸楔入式紧凑拉伸试件双K断裂参数的试验测定

为提供更为充足的试验数据充实《水工混凝土断裂韧度试验规程》,同时也为研究双K断裂参数的尺寸效应问题,进一步确定进行混凝土断裂韧度试验的最小试件尺寸,方便工程技术人员的实际应用,采用一种新的试验方法即楔入式紧凑拉伸法设计了最大尺寸为1250mm×1200mm×200mm不同高度的6组共36个试件,试验研究双K断裂参数。该方法结合两种常规的楔入劈拉方法和紧凑拉伸法的优点,既消除了楔入劈拉试验中当竖向荷载与双线支承不共线时在裂缝尖端所引起的附加弯矩对双K断裂参数真实值的影响,又克服了紧凑拉伸试件对试验设备刚度要求的问题。试验中沿韧带方向布置电阻应变片,监测裂缝的起裂及扩展过程。通过对不同尺寸的楔入式紧凑拉伸试件的试验研究表明,楔入式紧凑拉伸法是一种操作简单且稳定的断裂试验方法,有望进一步补充现有的试验规程;所测定的混凝土双K断裂参数与试件的尺寸无关,可作为裂缝起裂和失稳的控制阀值来预测预报混凝土结构裂缝的发展状态。

砼双K断裂参数的实用解析方法

采用标准三点弯曲梁砼试件,利用试验中测得的最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了砼裂缝亚临界扩展量caD。提出了由虚拟裂缝闭合力)(xs产生的应力强度因子cKI的实用解析方法,进而计算了砼双K断裂参数iniKIC及unKIC。采用这一方法,只需在试验中测得最大荷载maxP及对应的裂缝口张开位移CMODc、砼弹性模量及抗拉强度即可确定双K断裂参数并且无需对cKI进行数值积分。大量的计算分析表明,这一实用解析方法不但可使计算过程进一步简化,而且具有很高的精度。

强度等级对混凝土双K断裂参数的影响

将线弹性断裂理论与虚拟裂缝模型相结合,利用三点弯曲梁试件在试验中测得了最大荷载、裂缝口张开位移等参数,并据此计算了尺寸为1 100mm×300mm×300mm的3组不同强度等级混凝土试件的起裂荷载、临界有效裂缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度(即双K断裂参数)。结果表明,起裂荷载、最大荷载、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度均随试件强度等级的增大而增大,且起裂荷载占失稳荷载的比重亦随试件强度等级的增大而增大,试件从起裂到破坏持续时间随强度等级的增大而变短。起裂韧度与失稳韧度的比值小于起裂荷载与最大荷载的比值。试件设计强度等级越大,临界有效裂缝长度值越小,延续越差,脆性越大,由起裂到失稳的时间亦越短。

水工有压隧洞衬砌双K断裂理论分析及裂缝宽度计算

2005年制定的我国电力行业标准《水工混凝土断裂韧度试验规程》以双K断裂理论为理论依据,该理论所发展的闭合解析解形式简单且物理意义明确,试验技术方法简易可行,能够很好地描述裂缝的起裂、稳定扩展和失稳扩展。本文以该理论为出发点,对进行的大比尺水工有压隧洞模型试验中存在的三种衬砌结构断面即素混凝土断面、单筋断面和双筋断面进行了断裂力学分析,推导计算了它们在不同内水压下的应力强度因子,确定了三种不同衬砌结构的双K断裂参数,为研究水工有压隧洞衬砌结构的裂缝扩展过程和破坏机理提供了一种有效的方法。此外,给出了基于断裂力学的裂缝宽度计算式,计算了单双筋衬砌结构在不同内水压力下的裂缝宽度,并根据SLT191—96规范和DL/T5195—2004规范计算了裂缝宽度,发现断裂力学计算值、SLT191—96规范计算值与试验结果三者吻合很好,DL/T5195—2004规范计算值小于试验结果。

小骨料混凝土双K断裂参数的试验测定

双K断裂模型以起裂韧度和失稳韧度来描述混凝土裂缝扩展过程,〈水工混凝土断裂试验规程〉将双K断裂模型作为该规程的基本理论依据,并将该模型的双K断裂参数作为试验规程要求测定的基本断裂参数.为配合该规程的制定,本文进行了19个三点弯曲梁试件和25个楔入劈拉试件共43个试件的断裂试验,对小骨料混凝土双K断裂参数的起裂韧度和失稳韧度进行直接试验测定.所有试件均为同批浇注相同级配,最大骨料粒径为10mm,试验中采用了电阻应变片法作为确定起裂荷载的参考.结果表明,起裂荷载与最大荷载之比为0.67～0.71,起裂韧度与失稳韧度之比为0.45～0.50,变化较稳定;楔入劈拉试件高度大于等于400mm、三点弯曲梁试件高度大于等于200mm时,起裂韧度与失稳韧度基本为常数,但同组试件之间具有一定的离散性;两种试件形式的韧度值有一定的差异.根据本文试验数据计算得到的裂缝尖端开口位移临界值较断裂韧度参数更容易受到试件尺寸的影响,楔入劈拉试件高度大于600mm时,其值为0.056～0.070mm;三点弯曲梁试件高度大于300mm时,其值为0.040～0.047mm,比较稳定.

硫酸盐侵蚀环境下混凝土双K断裂参数试验研究

为了评估硫酸盐侵蚀环境下混凝土的工作性能并为断裂分析提供依据,采用三点弯曲梁试验方法,研究在硫酸盐侵蚀和干湿循环双重作用下混凝土双K断裂参数等断裂性能的劣化规律.基于断裂力学理论,通过在裂缝尖端表面粘贴应变片来监测裂缝的起裂、扩展和失稳断裂情况,得到在不同硫酸盐侵蚀龄期下试件的P-CMOD曲线.以侵蚀系数为评价指标,采用混凝土双K断裂准则计算构件的失稳韧度和起裂韧度.结果表明:起裂荷载与最大荷载的比值PQ/Pmax大致分布在0.55～0.90,失稳韧度和起裂韧度在侵蚀初期均有较明显的增大,转折点分别为60和30d,之后随侵蚀龄期不断缓慢减小.与失稳韧度相比,起裂韧度受硫酸盐侵蚀因素的影响较敏感.

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。

有层面碾压混凝土双K断裂参数试验研究

由于碾压混凝土坝是分层铺设碾压,突出存在着层间结合和坝体的层间稳定问题。因此有必要对有层面碾压混凝土断裂机理进行研究。采用断裂力学理论(双K断裂模型)对轴拉试件进行断裂力学分析,确定双K断裂参数的数值,研究其尺寸效应以及层面对双K断裂参数的影响。

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inic K I 、unc 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inic 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。

混凝土双K断裂参数计算理论及规范化测试方法

就其课题组在双K方法方面取得的最新进展进行了汇报 结合当前由Hillerborg ,Shah ,Karihaloo ,Bazant ,Swartz,Elices等学者及其合作者提出的各种断裂模型的优点 ,在双K方法中 ,提出了双K断裂准则并引入了相应的断裂参数KiniIc,KunIc 和CTODc 该准则的优点在于 ,既考虑了分布在软化过程区的粘聚力 ,又以可供解析分析的应力强度因子参量作为表现形式 根据双K方法 ,在计算中 ,只需采用标准三点弯曲缺口梁、紧凑拉伸和楔入劈拉单一尺寸试件上进行简单的试验 ,无需卸载 ,且只要测定P CMOD曲线上升段的初始柔度ci 以及通过最大荷载的割线柔度cs 作为计算的输入数据 所有的计算都可在小型计算器上解析运行 ,而不必进行非线性方程求解、数值积分及回归分析 该双K断裂参数的计算方法在理论基础方面较为系统和完备 ,实验方法简便 。

跨高比对混凝土双K断裂参数的影响(英文)

实验中经常采用标准三点弯曲梁测试材料的双K断裂参数 :起裂韧度KiniIc和失稳断裂韧度KunIc 而在实际工程中 ,跨高比并不总是等于 4 ,为得到材料实际且准确的断裂韧度 ,有必要研究跨高比对双K断裂参数的影响 文章通过数值模拟三点弯曲梁试件 (跨高比范围 3～ 8)来探究双K断裂参数随跨高比的的变化趋势 同时 ,数值实验模拟了材料强度及试件高度双K断裂参数的影响 结果表明 ,失稳断裂韧度KunIc 与跨高比无关 ,是材料内在性能 ,对混凝土材料而言 ,可以作为预测材料不稳定扩展的一个准则 ;而起裂韧度KiniIc 不仅随着材料的强度变化 ,就试件的高度和跨高比而言 ,也呈现出一定的尺寸效应 。

长江三峡大坝混凝土双K断裂参数试验研究

对长江三峡工程泄洪坝段原材料制成的大坝混凝土及其湿筛混凝土试件做直接拉伸试验,得到大坝混凝土及其湿筛混凝土断裂过程区的本构关系.结合标准三点弯曲切口梁试验,运用双K断裂模型,得到大坝混凝土和湿筛混凝土的双K断裂参数.试验结果表明,三峡大坝混凝土的起裂和失稳韧度均大于其湿筛混凝土,前者分别为后者的1.14和1.19倍.

用于断裂可靠性设计的P-Km-da/dN-ΔK曲面

本文提出了疲劳裂纹扩展Ｋｍ－ｄａ／ｄＮ－ΔＫ曲面，并给出了Ｐ－Ｋｍ－ｄａ／ｄＮ－ΔＫ曲面实验数据处理及参数估计公式；利用该曲面可进行断裂损伤折算及随机载荷谱作用下构件裂纹扩展寿命估算。最后给出了一实例。

混凝土强度对基于粘聚力的新K_R阻力曲线的影响

定量描述混凝土断裂全过程的新KR 阻力曲线 (裂缝扩展阻力曲线 ) ,可通过简便的试验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析法得到 ,它与混凝土的软化本构曲线形状密切相关。我们结合新进行的断裂试验 ,调整参数λ,从起裂韧度的解析解和其实测值相符入手 ,便可确定合理的双线性软化本构曲线形状 ,以其计算的KR 阻力曲线随混凝土强度的增加而增大。

混凝土双K断裂参数计算的半解析有限元法

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(起裂断裂韧度K_(IC)^(ini)和失稳断裂韧度K_(IC)^(un)一般通过简便的试验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定,利用平面扇形域哈密顿体系的方程,通过分离变量法及共轭辛本征函数向量展开法,以解析的方法推导出基于混凝土虚拟裂缝扩展线性粘聚力模型的平面裂缝解析元列式,将该解析元与有限元相结合,构成半解析的有限元法,可求解任意结构几何形状的混凝土平面裂缝双K断裂参数的计算问题,数值计算结果表明半解析有限元法对该类问题的求解是十分有效的。

试件尺寸对混凝土新K_R阻力曲线的影响

本文采用课题组已取得的实验研究结果 ,观测混凝土断裂全过程中基于粘聚力的新KR 阻力曲线的尺寸效应问题 .首先确定反映混凝土软化特性的软化本构曲线形状 ,对于简单实用的双线性软化本构曲线而言 ,取其拐点横坐标值为临界裂缝尖端张开位移 ,并引入一个直接影响混凝土软化本构曲线形状的参量λ ,结合实验结果 ,调整λ ,便得到用于计算新KR 阻力曲线的与实测结果相符的软化本构曲线形状 .结果表明 ,所获得的新KR

不同冻融方式下混凝土双K断裂韧度对比试验

为了研究不同冻融方式对混凝土双K断裂韧度带来的不同影响,设计了5组共计15个试件,分别经历干燥、水浸泡、水冻融、盐浸泡、盐冻融作用20 d后进行三点弯曲梁试验。测定了试件断裂过程中的荷载、张口位移、裂缝尖端应变等参数的特征值和全过程曲线,基于双K断裂理论分别计算了各组环境下混凝土的有效裂缝长度、起裂荷载、失稳荷载等断裂参数。结果表明:不同冻融方式对混凝土造成的影响具有一定的相似性,水冻融与盐冻融均会对混凝土的弹性模量造成损失,使其断裂力学性能下降,但会提高混凝土韧性。在损伤程度和损伤后混凝土受力表现上不同冻融方式有显著区别。水冻融后混凝土受荷时更易开裂,但水冻融环境对混凝土抵抗裂缝发展能力的影响不明显。盐冻融后混凝土抵抗裂缝发生以及发展的能力同时降低,但混凝土受力时裂缝的发生会相对推迟。

配筋对混凝土双K断裂参数的影响研究

为了确定在混凝土中配筋对试件断裂参数的影响,采用尺寸为1 000 mm×200 mm×200 mm的3组不同缝高比的钢筋混凝土试件进行试验。通过在初始裂缝两侧粘贴应变片确定了起裂荷载,计算出了钢筋混凝土试件的起裂断裂韧度、失稳断裂韧度、临界有效裂缝长度,并与相同缝高比的素混凝土试件进行了对比。结果表明,在混凝土中配筋,其起裂断裂韧度与失稳断裂韧度分别可以提高8.6%与15%;缝高比越大,钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度值越小;钢筋混凝土试件的起裂韧度与失稳韧度的比值要比素混凝土试件的小,表明在混凝土试件中加入钢筋后可以提高结构的延性;钢筋混凝土试件的初始缝长与临界有效缝长的比值介于0.65～0.88。