基于临界裂缝口张开位移的混凝土试件最大荷载的优化设计

将最大荷载和临界裂缝口张开位移在混凝土失稳断裂点处结合起来,以一个量化数学模型同时评价构件的安全性和裂缝的稳定性。以双G断裂模型为理论基础,通过混凝土三点弯曲梁和楔入劈拉试件的断裂试验,运用最小二乘原理和交叉检验方法进行优化设计,建立了构件所能承受的最大荷载和临界裂缝口张开位移关系的量化数学模型。本模型基于弹性模量、试件高度、初始裂缝长度等参数。与断裂试验的实测结果相比较,模型的均方根精度在三点弯曲梁系列达到97.1%,在楔入劈拉试件系列达到93.9%,平均预测精度95.5%。利用该模型,可以在混凝土裂缝扩展中以失稳断裂为标准,对最大荷载进行优化设计并监测构件在使用过程中的可靠性。

钢纤维高强混凝土断裂能及裂缝张开位移

通过对钢纤维高强混凝土和高强混凝土试件的楔劈拉伸试验,探讨了钢纤维体积率(φf)和切口相对深度对钢纤维高强混凝土断裂能(GfF)和临界裂缝张开位移(cδ)的影响。结果表明:随着φf的增加,GfF、临界裂缝嘴张开位移(fδmc)、临界裂缝尖端张开位移fδtc均线性增加,钢纤维高强混凝土断裂能增益比、临界裂缝嘴张开位移和临界裂缝尖端张开位移的增益比亦基本呈线性增加。随着切口深度的增加,GfF和高强混凝土断裂能GF都有不同程度的减小。相对于高强混凝土,切口深度变化对GfF的影响较小。在试验的基础上,提出了GfF和Qfmc的计算公式。

三点弯曲下钢纤维高强混凝土张开位移

通过钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,探讨了相对切口深度、粗骨料最大粒径、水灰比和钢纤维体积率等因素对钢纤维高强混凝土临界裂缝张开位移(裂缝嘴张开位移和裂缝尖端张开位移)的影响。结果表明,可采用诸因素对嘴尖比(裂缝嘴张开位移与裂缝尖端张开位移的比值)的影响来反映其对临界裂缝张开位移的影响;影响因素不同,嘴尖比随之变化的趋势也不同。根据临界裂缝扩展长度与张开位移之间的几何关系,提出了临界裂缝扩展长度的计算方法;在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土临界裂缝尖端张开位移的计算公式。

三点弯曲下钢纤维高强混凝土的断裂性能(英文)

通过50个尺寸为100mm×100mm×515mm的钢纤维高强混凝土切口梁三点弯曲试验,研究钢纤维体积率对高强混凝土有效裂缝长度、断裂韧度和临界裂缝张开位移的影响。结果表明:随着钢纤维体积率的增加,钢纤维高强混凝土断裂韧度增益比基本呈线性增加,临界裂缝尖端和临界裂缝嘴张开位移分别呈指数型增加。有效裂缝长度趋于稳定值,基本不受钢纤维体积率变化的影响。在分析试验结果的基础上,建立了钢纤维高强混凝土有效裂缝长度、断裂韧度和临界裂缝张开位移的计算公式。

聚丙烯纤维对高强混凝土断裂参数的影响分析

利用楔劈拉伸试验方法,通过8组尺寸为200 mm×170 mm×100 mm的楔劈拉伸试件的断裂性能试验,探讨了聚丙烯纤维及其掺量对高强混凝土断裂参数的影响。研究结果表明:聚丙烯纤维对高强混凝土断裂韧度基本没有影响,但可以提高高强混凝土的断裂能和临界裂缝嘴张开位移。随着聚丙烯纤维掺量的增加,断裂能和断裂能增益比都有不同程度的提高,临界裂缝张开位移增益比略有降低,聚丙烯纤维对改善高强混凝土的裂后行为具有较为明显的作用。

聚丙烯纤维高强混凝土的断裂性能

通过楔劈拉伸试验,探讨了聚丙烯纤维掺量对聚丙烯纤维高强混凝土断裂韧度(KpIC)、断裂能(GpF)和临界裂缝嘴张开位移(δpmc)的影响。结果表明:在聚丙烯纤维掺量为0.6～1.5kg/m3时,聚丙烯纤维对KpIC基本没有影响,但可以提高GpF和δpmc;随着聚丙烯纤维掺量的增加,KpIC和断裂韧度增益比没有显著变化,GpF和断裂能增益比均有不同程度的提高,δpmc有减小的趋势,临界裂缝嘴张开位移增益比没有明显的变化规律性。聚丙烯纤维主要改善高强混凝土的裂后行为。在试验的基础上,建立了KpIC,GpF,δpmc的计算关系式。

砼断裂韧度尺寸效应的试验研究

为研究混凝土断裂韧度的尺寸效应,将基于Weibull统计理论的尺度律与基于Bazant能量释放原理的尺度律进行对比,进行了3种混凝土断裂韧度,即起裂韧度Ki1nci、失稳韧度Ku1nc及临界裂缝尖端张开位移δc的试验研究.采用在建桥梁所用高强混凝土材料制作了6组共18根几何相似、最大尺寸为1280mm×320mm×160mm(长×高×宽)的带预制缺口的素混凝土平面应变三点弯曲试件,应用MTS材料试验机、动态应变仪等测试手段获得了试件的荷载-加载点位移、荷载-裂缝嘴张开位移的全过程曲线以及裂缝前沿应变等.计算结果表明,考虑了裂缝前沿过程区影响的混凝土断裂韧度仍然表现出一定程度的尺寸效应,而Bazant能量释放尺度律较Weibull统计理论尺度律更适用于预测大尺寸混凝土材料的断裂韧度.

长期恒荷载作用下混凝土时变断裂试验研究

服役中的大体积混凝土结构处在长期荷载作用下,与服役时间相关的时变断裂问题直接关系到结构的安全。采用标准三点弯曲梁试件,分别施加约0.7Pmax、0.75Pmax、0.8Pmax、0.85Pmax、0.95Pmax的恒定荷载进行长期加载,试验测得在不同恒荷载水平下的时变裂缝口张开位移CMOD(t)。试验结果表明,CMOD(t)在持载阶段不断增大,CMOD(t)-t曲线呈现出三个阶段特征:第一阶段,CMOD(t)快速增大而裂缝口张开速率CMOR(t)逐渐减小;第二阶段,CMOD(t)增大而CMOR(t)几乎不变;第三阶段,CMOD(t)和CMOR(t)都快速增大直至试件断裂破坏。与不考虑时间相关性的单调加载静态断裂试验相比,时变断裂试验的临界裂缝口张开位移CMOD(tc)偏大;随着恒荷载水平的增大,时变断裂临界裂缝口张开位移CMOD(tc)减小且接近单调加载静态断裂的临界裂缝口张开位移。对于不同恒荷载水平的试件,其时变断裂寿命tcr随着长期恒荷载水平的增大而减小,且时变断裂寿命与荷载比P/Pmax成指数关系。

基于双线性软化模型鲁灰花岗岩断裂特征研究

为了研究岩石断裂过程的非线性力学特征,将脆性材料双线性软化模型应用到鲁灰花岗岩断裂特征研究中,通过实验测定并计算了σ_t、G_f、和w_1四个参数,得到了该模型下的软化曲线.然后,通过实验测定的峰值荷载下预制裂缝尖端张开位移CTOD_c与w_q对比,验证了软化曲线的合理性.该曲线反映了鲁灰花岗岩断裂过程中粘聚应力和裂缝张开位移的关系,软化曲线转折点横坐标w_q介于0.006～0.009mm之间,对应失稳破坏的临界状态,临界裂缝张开位移w_c介于0.05～0.07mm之间,对应微裂缝区的末端.