混凝土拉伸软化曲线折线近似的逆解方法

研究基于Ｈｉｌｌｅｒｂｏｒｇ的虚拟裂纹模型，利用有限元分析方法，求得折线近似的拉伸软化 曲线的逆解方法．对弹性模量，初始开裂应力的决定方法进行了研究．以双直线模型的计算结 果为算例进行了逆推分析，算例符合得很好．也较好地从实验得到的荷载位移曲线再现了拉伸 软化曲线．这对于研究混凝土的断裂能，尺寸效应等问题很具意义．

混凝土直拉试验和三点弯曲断裂试验确定的软化曲线的比较

通过混凝土材料直拉和弯曲试验,分别取得了混凝土拉伸软化曲线,并对比分析了直拉试验和三点弯曲断裂试验结果。结果表明,直拉试验所得受拉峰值应力较三点弯曲断裂试验小,这是因为在三点弯曲断裂试验中,应变梯度提高了混凝土的受拉峰值应变,从而提高了受拉峰值应力;直拉试验所得断裂能比三点弯曲断裂试验略大。总体上看,两种试验所得混凝土软化关系相近。因此,三点弯曲断裂试验可代替直拉试验获得混凝土拉伸软化曲线。

组合试验法推求混凝土拉伸软化曲线的研究

针对混凝土拉伸软化曲线测定难度大、成功率低的问题,提出了一种新的确定混凝土拉伸软化曲线的方法——组合试验法,即通过两种简易的混凝土基本试验混凝土轴心抗拉强度试验和三点弯曲断裂试验,结合简单的数值计算,确定混凝土拉伸软化曲线。为验证组合试验法的准确性,通过算例获得了混凝土拉伸软化曲线,并与混凝土直接拉伸试验获得的拉伸软化曲线进行了对比分析。结果表明,组合试验法获得的拉伸软化曲线的精度满足工程要求,且该方法简便,具有较广的应用前景。

低体积含量的钢纤维混凝土三折线拉应变软化曲线的确定

以带切口的钢纤维混凝土三点弯曲梁为研究对象,假定钢纤维混凝土的拉应变软化曲线为三折线形式,根据材料基本力学性能指标和初始裂纹失稳时实测的应变分布,建立韧带所在截面的力平衡方程,通过联立方程求解,得到钢纤维混凝土的拉应变软化曲线系数,并可以直接通过韧带上距裂尖第二道应变片拉断时的应变分布和对应荷载,利用弯矩平衡方程验证计算系数的正确性;最后以一低体积含量的钢纤维混凝土试验梁为计算实例,验证了这种方法的可行性。

砂浆-骨料界面拉伸软化性能试验

对砂浆-骨料复合试件进行了劈裂试验和三点弯曲试验,基于试验结果和改进的J积分计算方法,提出了砂浆-骨料界面的拉伸软化曲线模型及其表达式。分析结果表明:砂浆基体的特性和粗骨料表面的粗糙度对砂浆-骨料界面的力学性能具有重要影响;界面断裂能随着砂浆基体强度的提高和骨料表面粗糙度的提高而提高;基体为普通强度砂浆的试件断裂多发生在界面附近的砂浆粘结层上;基体为高强度砂浆的试件断裂多发生在砂浆粘结层和砂浆-骨料接合处的粘结层上。

混凝土三点弯曲梁软化特性的数值计算方法

本文推导了基于虚拟裂纹模型的混凝土梁荷载位移全曲线的计算公式，研究了不同网格剖分、不同的拉伸软化曲线模型和不同的预制裂纹长度等对荷载位移全曲线的影响。计算结果表明，其结果不受网格划分的影响，通过与实验结果对比，证明了其有效性。

不同软化曲线形状对裂缝扩展阻力GR曲线的影响

最近基于裂缝粘聚力提出了描述裂缝扩展全过程阻力变化的GR曲线,所发展的解析解相关于骨料桥联咬合作用造成的非线性断裂过程区的能量耗散,故与该区域材料使用的拉伸软化本构关系即应力-裂缝张开口位移软化曲线有密切联系。鉴于此,该文采用4种不同的软化曲线研究了软化曲线形状对裂缝扩展阻力GR的影响。结果发现,GR曲线对软化曲线敏感,GR曲线的合理性依赖于软化曲线的准确性。在使用准确软化曲线的前提下,GR曲线的特征点与软化曲线的特征点存在相对应关系。

混凝土软化本构关系与裂缝扩展G_R阻力曲线的相关性

裂缝扩展阻力曲线可描述随裂缝发展材料韧度的变化,是断裂力学的基本判据方法之一。最近,结合混凝土断裂行为的基本现象特征,发展了一个新的用于分析混凝土裂缝扩展全过程的断裂过程判据,称为GR阻力曲线。在GR阻力曲线模型中,裂缝扩展阻力的变化取决于应力自由裂缝前缘断裂过程区的能量消耗,与该区域材料的基本力学性能即软化本构关系相关。鉴于此,该文通过进行的12根三点弯曲梁试验研究了软化曲线与裂缝扩展GR阻力曲线的对应关系。发现,GR阻力曲线的特征点对应于软化曲线的特征点。

早龄期混凝土三点弯曲试验梁断裂的数值分析

应用大型通用有限元软件ABAQUS,对于强度为C30、龄期为1、2、7、28 d的混凝土三点弯曲梁断裂试验分别进行了数值模拟.有限元计算采用裂缝带模型理论,利用三点弯曲相关试验参数由曲线拟合所得到的双线性拉伸软化曲线,用模拟出的荷载-裂缝开口张开位移曲线(P-δm)与试验曲线做了对比,同时将不同龄期的P-δm曲线、荷载-位移曲线(P-Δ)进行了比较,证实了试验结果与数值模拟结果的正确性.应用线弹性断裂力学方法,结合数值模拟结果,求解出临界裂纹尖端张开位移、临界应力强度因子这两个重要参数,并与双参数模型试验结果进行了对比,得到了满意的结果.

钢纤维混凝土带裂状态下抗弯承载力的计算方法

在混凝土中加入钢纤维,可使开裂后的混凝土仍能在开裂面传递拉应力,但钢纤维所传递的拉应力随裂缝宽度的增加而发生变化。因此以前认为钢纤维混凝土抗拉强度与裂缝宽度无关的设计方法,并未反映钢纤维混凝土的真实受力特性。本文通过四点弯曲试验,得到荷载与裂缝张开位移的关系。然后用受力平衡的方法,反算出钢纤维混凝土开裂后拉应力与裂缝宽度的关系,即拉伸软化曲线。通过分析发现,典型的钢纤维混凝土拉伸软化曲线,可以用其四个关键点的直线段描述。并根据实验数据,给出各段直线的确定方法。最后根据裂缝宽度和拉伸软化曲线,可以确定在指定裂缝宽度下,钢纤维混凝土的抗弯承载力。

活性粉末混凝土(RPC)的断裂力学性能

在试验及观察的基础上,对活性粉末混凝土的断裂过程进行定性分析,给出活性粉末混凝土的裂纹发展原理及钢纤维的增韧机理,并分析其不同于普通混凝土的两个基本断裂特征。介绍了利用缺口梁三点弯曲试验确定混凝土拉伸软化本构方程的方法。基于Hillerborg模型,提出活性粉末混凝土的拉伸软化模型,根据三点弯曲断裂试验结果,确定出活性粉末混凝土的双线性拉伸软化曲线中的具体参数。据该软化曲线公式,计算出的活性粉末混凝土断裂能同试验得出的值相比,误差仅为0.9%。笔者得出的双线性软化曲线能较精确地反映活性粉末混凝土材料的断裂特性,可为今后进行RPC裂缝的分析和预测提供定量计算的依据,对于研究活性粉末混凝土的断裂能、尺寸效应等问题也很具意义。

基于旋转裂纹模型的混凝土承载能力精确算法

目的研究混凝土旋转裂纹模型在有限单元法计算承载能力理论中的应用,提出计算开裂后混凝土承载能力的精确方法.方法将拉伸软化曲线以折线代替,采用由位移增量控制施加荷载的迭代方法.当位移增量的终点越过折线近似的拉伸软化曲线的转折点时,通过控制位移增量大小的方法,使位移增量的终点落在转折点上,下步迭代过程的新的刚度矩阵以新的折线的斜率为基础进行计算.结果采用高次等参单元求解混凝土破坏过程,其位移和应力可以得到较高精度.结论可以减少迭代步骤、提高混凝土开裂后承载能力的计算精度.对于不同工况,具有良好的适应性.

混凝土简支梁在均布荷载作用下的断裂过程区及自振特性

以"段-中川模型"为基础,叠加几种无限大体和半无限大体的弹性力学问题解答,用选点法近似满足边界条件,推导出了均布荷载作用下含断裂过程区混凝土简支梁的应力函数全场解析解;由能量法得到了梁的自振频率,分析了裂缝长度和断裂过程区长度对自振频率的影响;将断裂过程区的长度用节点非线性弹簧表示,采用Ansys软件数值模型模拟了带断裂过程区的混凝土简支梁,得到混凝土简支梁典型截面的应力分布、竖向位移、裂缝张开位移和自振频率。理论计算结果和仿真分析结果吻合较好。

满足断裂过程区裂纹张开位移条件应力函数的半解析解法

基于Duan-Nakagawa模型,采用加权积分法,提出了一种满足断裂过程区裂纹张开位移条件应力函数的半解析解法.该方法结合边界选点法,通过叠加含有相同裂纹长度但断裂过程区长度不同的解析函数,得到满足给定裂纹张开位移的权函数,再进行加权积分得到相应的应力函数和位移函数.以带板对称边裂纹I型问题为例,应用上述方法成功导出了特定的应力函数和位移函数,以及相应的拉应变软化曲线和断裂能.

断裂过程区内聚力分布对简支梁刚度和自振特性的影响研究

对于含切口和断裂过程区简支梁受均布荷载作用的问题,选择弯矩作用下对称边裂纹的无限大板、均布荷载作用下的简支梁、切应力作用下的半无限大板、拉应力作用下的无限大板4种基本问题的应力函数叠加求解。基于"Duan and Nakagawa's Model",通过数学解析法和选点法得到了含断裂过程区简支梁的全场解析解。分析对比了无裂缝简支梁和断裂过程区内聚力呈水压力型、恒定型分布或权函数为一次型时简支梁的拉应变软化曲线和自振特性,发现内聚力呈水压力型分布与一次权函数下拉应变软化曲线有相似的变化趋势;无裂缝简支梁自振频率最高,内聚力恒定型次之,水压力型和一次权函数型时最低。

水泥基复合材料中定向钢纤维的桥联应力研究

基于纤维桥联应力模型分析了水泥基复合材料中定向分布钢纤维的桥联应力,进而研究了定向钢纤维增强水泥基复合材料拉伸软化曲线。采用黏钢法进行单轴拉伸试验,获得了定向钢纤维水泥砂浆的轴拉应力-应变全曲线,并将试验软化曲线与模型预测曲线进行对比。研究表明,应用该模型可以近似计算定向分布钢纤维的桥联应力,且能较好地预测定向钢纤维增强水泥基复合材料拉伸软化曲线。

基于虚拟裂缝模型的混凝土断裂过程区研究

利用虚拟裂缝模型对混凝土断裂过程区进行了研究。以无限大板中心拉伸裂缝模型为例,将过程区裂缝张开位移采用多项式级数形式表示,求得了断裂过程区上的位移分布和粘聚力分布。进而分析了材料参数对断裂过程区上的位移、粘聚力、断裂过程区长度以及峰值外荷载的影响。结果表明:断裂过程区上的位移和粘聚力均为非线性分布。断裂过程区长度随骨料最大粒径增大而逐渐增大,随抗压强度增大而逐渐减小。峰值外荷载随骨料最大粒径和抗压强度增大均逐渐增大。

混凝土断裂过程区长度计算方法研究

该文基于粘聚裂缝概念,以起裂韧度作为裂缝起裂和扩展的准则,提出了混凝土断裂过程区长度的计算方法。以Ⅰ型裂缝为例,计算了不同初始缝长和起裂韧度情况下的断裂过程区长度值,结合以往大体积混凝土的试验数据对其进行了验证。进而分析了断裂过程区长度的影响因素,结果表明:断裂过程区长度随初始缝长的增大而逐渐增大,随起裂韧度的增大而逐渐减小。