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.

不同初始缝高比楔入劈拉试件断裂试验研究

为研究初始缝高比对混凝土断裂性能的影响,设计4组共32个不同初始缝高比的试件进行楔入劈拉试验。测定试件断裂过程中的荷载、裂缝张口位移、混凝土应变等参数的特征值及全过程曲线。以双K断裂理论为基础,计算不同初始缝髙比试件的有效裂缝长度ac、起裂断裂韧度KiniIC和失稳断裂韧度KunIC等断裂参数。试验结果表明:有效裂缝长度ac随缝高比的增大而增大,裂缝亚临界扩展量Δac随缝高比的增大而减小;起裂断裂韧度不受初始缝高比的影响,失稳断裂韧度随缝高比的减少有所增大,当a0/D≥0.5时,为一常数。

楔入劈拉试验支承形式对混凝土断裂韧度的影响

针对楔入劈拉试件支座位置的不同,包括双线支座与单线支座,分析不同竖向荷载对断裂性能参数测试可能造成的影响,并通过试验数据进行验证。通过分析比较,认为对于实验室进行混凝土楔入劈拉试件的常用尺寸,支承体与传力装置所传荷载在一个竖向平面内可抵消竖向荷载和一部分构件自重,从而得到较为接近真实值的断裂性能参数。

基于XFEM的混凝土楔入劈拉断裂过程模拟分析

为研究混凝土的楔入劈拉断裂特性,采用扩展有限元法数值模拟了不同缝高比、不同截面高度的混凝土楔入劈拉试件断裂过程,研究了混凝土楔入劈拉试件裂缝扩展特性和尺寸效应。结果表明,起裂韧度受初始缝高比和试件截面高度的影响较小,但不具有明显的尺寸效应;当缝高比大于0.5或截面高度大于500mm时,失稳韧度才不具有尺寸效应。结果可为混凝土断裂特性研究提供参考。

不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双K断裂韧度试验研究与理论分析

为了研究不同尺寸的混凝土结构的断裂性能,设计了5组共20个不同截面高度的楔入劈拉试件进行混凝土断裂试验.改进了试验加载装置以抵消竖向力的作用,简化了分析计算.在双K断裂理论的基础上,采用应力强度因子叠加原理对不同截面高度的楔入劈拉试件的有效裂缝长度和双K断裂韧度进行了计算.试验结果表明：在200~700 mm设计的截面高度范围内,试件起裂荷载、失稳荷载及有效裂缝长度均随截面高度的增大而呈线性增大;起裂断裂韧度基本不受试件高度变化的影响;失稳断裂韧度在试件截面高度低于500 mm时表现出一定的尺寸效应,随试件高度增大而逐渐增大,当试件截面高度大于500 mm时其值趋于稳定,可认为是一个常数.

非标准混凝土楔入劈拉试件断裂参数试验研究与尺寸效应分析

采用跨高比和初始缝高比恒定的非标准混凝土楔入劈拉试件,按照改进的试验加载装置进行试验可抵消竖向力的作用。以双K断裂理论为基础,采用紧凑拉伸试件的断裂韧度公式计算得到非标准楔入劈拉试件的断裂参数,并利用通用有限元软件ANSYS对试验计算结果进行验证。结果表明,采用紧凑拉伸试件计算公式和有限元方法均能准确计算非标准楔入劈拉试件的断裂韧度,两种方法误差仅为3%;在截面高度300~600mm范围内,起裂断裂韧度基本不随试件截面高度的变化而变化,失稳韧度在截面高度大于500mm时不具有明显尺寸效应。

含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析

为研究空洞缺陷对混凝土楔入劈拉性能的影响,将空洞缺陷等效为相应纵向截面高度的损失量,并推导了含空洞缺陷混凝土楔入劈拉断裂参数的计算式,同时利用改进型测试装置进行了8组共32个试件的楔入劈拉性能试验,分析研究了空洞尺寸及其位置变化对试件楔入劈拉性能的影响规律。结果表明,起裂荷载、失稳荷载、起裂张口位移和失稳张口位移都随着空洞尺寸增大(直径0~120 mm)而降低,降幅分别为43.59%,23.75%,39.85%,54.50%;空洞缺陷对混凝土的起裂韧度影响较小,但却会明显降低混凝土失稳韧度,随着空洞尺寸增大,其降幅达到46.20%;空洞位置对混凝土断裂特性的影响跟裂纹扩展路径相关,当裂纹经过空洞时会降低相关参数,当其远离空洞区域时,则影响较小。

混凝土缺陷形状对楔入劈拉断裂性能的影响

为研究不同形状缺陷对混凝土双K断裂性能的影响,通过5组共计20个试件的楔入劈拉试验,探讨分析了无缺陷组试件、含圆形贯穿缺陷组试件和含线形贯穿缺陷组试件的荷载张口位移全过程曲线、起裂荷载和失稳荷载,并通过叠加法计算了相应的起裂韧度和失稳韧度。通过各种试件的对比研究表明,含缺陷的混凝土断裂形式与普通混凝土一致,但各组断裂参数存在较大差异,且起裂荷载、失稳荷载随缺陷体尺寸的增大而逐步降低;缺陷形状对断裂性能无直接影响,但断裂面纵向截面高度的变化是引起混凝土断裂参数变化的主要因素;起裂韧度不随缺陷的改变而发生变化,失稳韧度却随缺陷尺寸的增大而减低,断裂韧度计算还验证了将缺陷等效折减为纵向截面高度损失量的方法的合理性。

混凝土楔入劈拉试件预制裂缝类型对断裂能的影响

对4种不同预制裂缝切口形式的普通混凝土试件和碾压混凝土试件进行楔入劈拉试验,得到了各种工况下不同切口形式试件的断裂能。分析了预制裂缝切口形式对楔入劈拉试件断裂能的影响。试验结果表明:锯开形成切口的试件断裂能最大,切口形式为V型的试件次之,预埋钢片的试件再次之,而缝端有一定宽度的试件断裂能最小。预制裂缝切口形式对普通混凝土断裂能的影响较大,对碾压混凝土断裂能的影响较小。几种预制裂缝切口形式下的楔入劈拉试件断裂能测试中,采用尖端V型的钢片预制裂缝效果较好。

裂缝切口形式对混凝土楔入劈拉试件断裂韧度的影响

对4种不同预制裂缝切口形式的普通混凝土试件和碾压混凝土试件进行楔入劈拉试验,得到了各种工况下不同切口形式试件的断裂韧度。分析了预制裂缝切口形式对楔入劈拉试件断裂韧度的影响。试验结果表明:采用V型切口的试件断裂韧度最大,锯缝切口的试件次之,方形切口预埋缝试件断裂韧度最小,预埋钢片不取出的试件断裂韧度无明显规律性。几种预制裂缝切口形式下的楔入劈拉试件断裂韧度测试中,采用尖端V型的钢片预制裂缝效果较好。

混凝土非标准楔入劈拉试件断裂参数的确定

目前混凝土非标准楔入劈拉试件还没有一个合适的确定裂缝尖端断裂参数公式,通常的方法是借用紧凑拉伸试件的应力强度因子公式,不便于应用。文中利用有限元程序,对在不同高度以及不同初始缝高比条件下非标准楔入劈拉试件进行了模拟。得到了裂缝尖端的应力强度因子公式以及裂缝张口位移曲线。分析结果及举例表明,非标准楔入劈拉实验断裂参数确定模型是可靠的。断裂韧度不随试件尺寸变化,是材料常数;裂缝扩展量不受初始裂缝长度影响,而随着试件高度的增加而增长。

不同再生粗骨料掺量碾压再生混凝土楔入劈拉试验研究

通过楔入劈拉试验,对碾压再生混凝土不同再生粗骨料掺入量对其断裂性能的影响进行了分析和研究。试验结果表明:碾轧断裂能随着再生粗骨料掺入量的增加出现波动,再生粗骨料掺入量达到100%时,断裂性能出现较大幅度的下降。再生粗骨料掺入量为50%时,碾压再生混凝土的强度达到C30,且断裂韧度明显高于普通再生混凝土,因此,强度等级为C30的混凝土设计配合比时可考虑再生粗骨料掺入量为50%。

混凝土损伤塑性模型的楔入劈拉数值模拟

为了评估ABAQUS中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,先介绍了损伤塑性模型的理论基础,然后用该模型对楔入劈拉试验进行有限元分析,并与试验结果进行对比,探讨了混凝土损伤塑性模型在混凝土非线性分析中的具体应用价值以及关键参数的取值,为该模型的进一步推广以及改进提供了参考。

支承形式对楔入劈拉试件断裂韧度K_(IC)的影响

对楔入劈拉试验中试件的受力状况进行了分析.结果表明:除水平力会对裂缝的失稳扩展产生影响外,外载的竖向分力、传力装置自重及试件自重也会对裂缝的失稳扩展产生影响;竖向力对断裂韧度KⅠC的影响与楔入劈拉试验所采用的支承形式有关,即在双支座情况下,自重和竖向分力的影响均可忽略不计,而在单支座情况下,应考虑自重和竖向分力的影响.

混凝土楔入劈拉破坏的数字图像相关方法研究

通过无损检测的光学测量方法——数字图像相关方法(DIC),对楔入劈拉试验过程中的混凝土进行了表面应变变化过程的测量。采用高分辨率摄像机进行试件表面图像的采集,通过数字图像相关方法对图片进行后处理,计算出试件表面每一点的应变量。通过对应变云图的分析,研究了混凝土在楔入劈拉试验过程中的裂纹扩展。结果表明,混凝土微裂纹往往出现在砂浆和骨料的边界处,并由此发展,此方法可以预判混凝土试件的破坏位置,可以用于结构监测和检测。

混凝土楔入劈拉和三点弯曲断裂过程的细观数值模拟

基于离散元思想和Voronoi单元划分技术,利用混凝土细观刚体弹簧元模型,开展了混凝土楔入劈拉试件和三点弯曲切口梁的断裂过程数值仿真分析。从裂缝开展过程、试件破坏形态、荷载-张口位移曲线(P-CMOD)和断裂能等方面,将数值分析结果与已有的试验结果进行了对比。结果表明,细观刚体弹簧元法较准确地模拟了混凝土楔入劈拉试件和三点弯曲切口梁断裂过程。最后,分析了缝高比和骨料体积含量对混凝土断裂过程的影响规律,发现断裂能随骨料体积含量呈单调递增趋势。

大坝混凝土楔入劈拉试验的并发多尺度区域分解数值模拟

并发多尺度区域分解法应用于复合材料力学性能的多尺度数值试验研究,可在同一有限元模型中分别实现对损伤子区域的高精度细观网格剖分和对线弹性子区域的高效率宏观网格剖分。采用随机骨料模型模拟大坝混凝土细观结构,再结合并发多尺度区域分解法,建立了大坝混凝土的并发多尺度区域分解有限元模型;然后,将模型应用于全级配随机凹凸型骨料试件的楔入劈拉试验数值模拟。计算结果表明:(1)该模型能够重现大坝混凝土楔入劈拉试件的跨尺度破坏过程,计算所得的P_h-CMOD曲线以及宏观裂缝区扩展模式均与已有文献的物理试验结果相符;(2)模型的最终计算规模仅为全细观尺度有限元模型计算规模的43.18%。数值试验模拟结果与物理试验所得结果的一致性说明模型合理,此外,计算规模的减小使得模型的计算效率得到了显著提升。

基于自适应最小二乘法的混凝土楔入劈拉试件最大荷载与裂缝扩展的优化设计

以混凝土楔入劈拉试件为研究对象,运用最小二乘原理,建立了最大荷载与裂缝扩展之间的数学模型,并通过交叉检验方法验证了模型的可靠性。研究结果表明:裂缝扩展长度的变化远比裂缝口张开位移的变化对试件的破坏更敏感,初始裂缝口张开位移的影响可以忽略不计。与断裂试验的实测结果相比较,本模型均方根精度达到93.9%。利用该模型,可以监测构件安全并对最大荷载进行优化设计。

混凝土楔入劈拉破坏的损伤塑性模拟

针对混凝土在微观上产生的损伤或者断裂,长期积累下来会导致在宏观上破坏的问题,基于试件表面的数字图像,建立反映真实骨料形状和分布的二维有限元模型,并通过混凝土损伤塑性模型进行楔入劈拉试验中混凝土非线性破坏的数值模拟.模拟结果与试验结果非常吻合,很好地反映混凝土试件的破坏区域和损伤发展的路径.

基于楔入劈拉测试方法的全级配大坝混凝土裂缝扩展试验研究

为了研究全级配大坝混凝土裂缝扩展机理,针对3组不同缝高比的全级配大坝混凝土带缺口立方体试件开展了楔入劈拉试验,同时采用数字图像相关方法测量试件表面位移。结果表明:峰值荷载随着初始缝高比的增大而减小。虚拟裂缝长度在裂缝尖端位移达到临界值时达到最大,且随着初始缝高比的增大而减小。宏观裂缝扩展速度和有效裂缝长度随着初始缝高比的增大而减小。有效裂缝长度随着骨料粒径增加而增加,且增长倍数随骨料粒径和试件有效高度的增大而增大。