受压徐变后混凝土断裂特性及拉伸软化本构关系研究

为了对服役期间的混凝土重力坝进行抗裂性评估,开展受压徐变后混凝土断裂特性与拉伸软化本构关系研究。首先对混凝土棱柱体试件进行应力水平为轴心抗压强度的40%为期360 d的受压徐变试验,然后进行准静态加载条件下的三点弯曲断裂试验,测定混凝土的起裂韧度、失稳韧度、断裂能,采用改进的J积分法计算裂缝扩展消耗的能量,推导混凝土的软化本构关系。试验结果表明:受压徐变试验后,混凝土的抗压强度、抗拉强度、弹性模量、起裂韧度、失稳韧度、断裂能提高。受压徐变对混凝土软化本构关系有显著影响,应力自由张开位移变小,使混凝土基本力学性能以及抗裂性增强,但也使混凝土的脆性增加。

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。

混凝土软化本构曲线形状对双K断裂参数的影响

双K断裂准则能够定量描述混凝土结构裂缝的起裂、稳定扩展和失稳断裂。通过简便的试验和基于裂缝扩展粘聚力的解析方法 ,可计算双K断裂参数KiniIc和KunIc。反映粘聚力变化规律的软化本构曲线形状影响起裂韧度KiniIc的确定。对于简单实用的双线性软化本构曲线而言 ,取ws=CTODc,并引入一个直接影响混凝土软化本构曲线形状的参量λ ,结合本课题组新近所做的三点弯曲切口梁试验 ,调整参数λ ,得到了与实测结果相符的双线性软化本构曲线形状 ,用于确定双K断裂参数。

高温后混凝土断裂韧度及软化本构曲线确定

沿用常温下混凝土双线性软化本构曲线形式,对高温后混凝土软化特性进行研究.引入直接影响软化曲线形状的参数λ,结合高温后楔入劈拉试验中确定的起裂韧度与失稳韧度以及失稳韧度、起裂韧度、黏聚韧度三者之间的定量关系,调整参数λ,得到了与实测结果相符的双线性软化本构曲线形状.研究表明,由常温下混凝土材料试验得到的软化本构曲线经过小幅调整,仍能够较好地描述本试验中高温后混凝土的软化特性.

混凝土软化本构曲线形状对K_R阻力曲线的影响(Ⅰ)——用于确定K_R阻力曲线的混凝土软化本构曲线形状

:基于虚拟裂缝扩展粘聚力的新KR 阻力曲线———KR(Δa) ,是较好地描述混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线 .通过简便的试验测定方法和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法 ,就可计算KR(Δa) .KR(Δa)的解析解与选择的混凝土软化本构曲线形状有关 .对于简单实用的双线性软化本构曲线而言 ,参数σs,ws,w0 决定了软化本构曲线的形状 ,是影响KR(Δa)

混凝土软化本构曲线形状对K_R阻力曲线的影响(Ⅱ)──混凝土软化本构曲线形状与K_R阻力曲线的试验研究

基于虚拟裂缝扩展粘聚力的新KR 阻力曲线———KR(Δa) ,是较好地描述混凝土断裂全过程的裂缝扩展阻力曲线 .通过简便的试验和基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法 ,就可计算KR(Δa) .结合我们新近进行的断裂试验 ,得到了与实测结果相符的双线性软化本构曲线形状 ,把采用它和采用其他软化本构曲线形状计算的KR(Δa)相比较 .结果表明 ,选择合理的软化本构曲线形状 ,将得到合理的KR(Δa) .

三点弯曲法确定混凝土的双线性拉伸软化本构方程

本文提出了用带切口梁的三点弯曲试验确定混凝上拉伸软化本构方程的方法。

聚丙烯粗纤维混凝土拉伸软化本构关系研究

为了揭示聚丙烯粗纤维的增强增韧机理,开展了聚丙烯粗纤维混凝土拉伸软化本构关系的研究,选取了三种纤维长度,即20、30、40 mm,和三种纤维质量掺量,即0.13%、0.17%、0.21%,通过劈裂拉伸试验与三点弯曲断裂试验研究聚丙烯粗纤维混凝土的力学及断裂性能,包括抗拉强度、起裂荷载和峰值荷载。采用改进J积分法推导聚丙烯粗纤维混凝土的拉伸软化本构关系。结果表明:随着裂缝张开位移的增加,黏聚应力快速降低;与普通混凝土相比,聚丙烯粗纤维混凝土应力自由张开位移显著增大,混凝土断裂过程区长度显著增加,材料脆性程度显著降低。根据Wittmann推荐的简化方法,提出了聚丙烯粗纤维混凝土双线型软化曲线,曲线中的转折点处的黏聚应力σ_(s)=0.135f_(t),转折点处的裂缝张开位移w_(s)=0.054G_(f)/f_(t),应力自由张开位移w_(0)=14.417G_(f)/f_(t)。随着纤维长度与质量掺量的增加,应力自由张开位移w_(0)显著提高,表明材料脆性程度显著降低。

岩石-混凝土界面拉伸软化本构关系试验研究

对岩石-混凝土界面试件进行了轴向拉伸和三点弯曲梁试验,研究粗糙度对界面断裂特性的影响,建立了界面软化本构关系。以界面粗糙度为参量,结合界面三点弯曲试验所得的荷载-位移曲线,采用改进的J积分法计算裂缝扩展的能量损耗,建立了基于虚拟裂缝黏聚力能量守恒关系。通过归一化拟合建立的挠度、裂缝张开宽度及裂缝扩展长度关系,最终确定了岩石-混凝土界面的拉伸软化本构曲线,并提出指数型和双线型的黏聚力表达式。试验和计算结果表明:岩石-混凝土界面单轴抗拉强度、断裂韧度及断裂能随着界面粗糙度的增加而增大。本文所得的界面软化本构关系只与界面抗拉强度和断裂能有关,可以应用于不同粗糙度界面的断裂计算中。

聚丙烯纤维增强混凝土断裂韧度及软化本构曲线确定

对粗、细聚丙烯(Polypropylene, PP)纤维不同混掺情况下的混凝土切口梁试件进行三点弯曲试验,基于双K断裂理论探讨了不同尺寸PP纤维混掺方式对试件断裂韧度的影响及其破坏机理,并通过起裂、失稳、黏聚韧度3者之间的定量关系得到实测黏聚韧度、起裂韧度增量和桥接韧度。借鉴3种普通混凝土的双线性软化本构曲线计算得到理论黏聚韧度,并将其与实测黏聚韧度对比,确定适合于不同纤维掺入情况下PP纤维增强混凝土(Polypropylene fiber reinforced concrete, PFRC)的双线性软化本构曲线。研究结果表明,PFRC相对素混凝土有较高的起裂韧度、失稳韧度和断裂能;2或3种尺寸PP纤维混掺时,其桥接应力对桥接韧度的增强效果非常显著;3种尺寸PP纤维在裂缝扩展的不同阶段发挥桥接作用,体现了良好的混掺增强、增韧效应;徐世烺和Reinhardt改进的双线性软化本构曲线,取校正系数λ为6时,可较好地适用于PFRC。

基于软化本构的有限元强度折减法

针对目前有限元强度折减法每次计算均从零应力状态算起,需要大量试算的缺点,提出基于软化本构的有限元强度折减法。该方法仅需一次性施加所有外力,通过折减系数的增量迭代来使边坡进入极限平衡状态。该方法直接模拟强度折减过程,在此过程中,屈服面会不断地收缩,通过应力跌落和塑性流动来调整各高斯点的应力值来使系统达到平衡,直至系统进入极限平衡为止。最后给出2个算例验证了本文方法的可靠性。

用于确定双K断裂参数的混凝土软化本构曲线

针对基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定双K断裂参数时 ,起裂韧度 KiniIc和选定的混凝土软化本构曲线形状有关的问题 ,指出对于双线性软化本构曲线而言 ,其拐点坐标 (ws,σs)的取值大小对 KiniIc有一定影响。当取 ws等于临界裂缝尖端张开位移 ,并引入一个反映混凝土变形性能的参量λ时 ,λ的大小将直接影响 KiniIc的确定。通过将三点弯曲梁断裂试验取得的 KiniIc实测结果与选择不同混凝土软化本构曲线形状得到的解析解进行对比 ,得到了使两者吻合的参量 λ和软化本构曲线形状 ,为确定双 K断裂参数中的起裂韧度 KiniIc提供了适合的双线性软化本构曲线。

冻融循环下玄武岩纤维增强复材混凝土的断裂损伤及软化本构关系

为探讨冻融循环下的玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)断裂损伤和本构软化特性,以5种不同的玄武岩纤维体积百分比掺量(0%,0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)设计5组试件,对BFRC试件进行不同次数(0,25,50,75,100,125次)的冻融循环试验,再对混凝土试件进行三点弯曲加载试验。试验结果表明:在0.3%体积掺量以内,玄武岩纤维掺量越高,BFRC的起裂韧度、失稳韧度和断裂能越高;纤维掺量超过0.3%后,BFRC起裂韧度增加不明显而失稳韧度和断裂能略有下降;混凝土冻融损伤降低了混凝土的断裂韧度和断裂能,但玄武岩纤维对混凝土的冻融损伤具有一定的抑制作用,纤维掺量越高,BFRC断裂韧度和断裂能的冻融损失越小。拟合试验数据得到了BFRC的冻融损伤计算模型,在Petersson混凝土双线性软化本构关系的基础上,进一步推导获得冻融循环下的BFRC双线性软化本构关系曲线。

模拟应变软化岩石三轴试验过程曲线

在经典弹塑性理论框架下,认为岩石材料在应变软化过程中遵守摩尔-库仑强度准则,塑性变形服从非关联流动法则。对两组岩石在三轴试验中呈现的应变软化行为进行了分析,获取了峰值前后强度参数的大小。采用应变软化模拟方法,将应力-应变曲线峰后应变软化阶段简化为一系列应力跌落和塑性流动的脆塑性过程,在给定的强度参数演化规律基础上,得到了岩石的应力-应变曲线、侧向应变-轴向应变曲线、体应变-轴向应变曲线和塑性体应变-轴向塑性应变曲线。模拟得到的应力-应变曲线与试验结果吻合较好,其他曲线与相关试验测试规律基本一致。研究成果对确定岩石强度参数与认识岩石峰后强度演化规律有一定的指导意义。

Q_2黄土统计损伤本构模型

利用黄土微元强度服从Weibull随机分布的特点,引进Drucker-Prager破坏准则作为黄土微元强度分布参量,基于Q2黄土三轴应力-应变试验曲线,同时考虑了损伤门槛值的影响,建立了反映Q2黄土损伤全过程的损伤软化本构模型。在此基础上,探讨了Q2黄土损伤软化模型参数与围压和黄土含水量的关系,对其参数进行了合理修正,从而建立了更加符合实际的黄土损伤软化本构模型,并与试验结果进行对比分析,结果显示该模型的合理性,表明该模型具有广泛的工程应用前景。

饱和、非饱和岩石损伤统计本构模型探讨

基于统计理论和损伤力学对岩石在荷载作用下的破坏、损伤特征进行了探讨,建立了弹性损伤统计本构模型。在损伤演化方程中全部采用有效应力,并能反映岩石剩余强度。在混合物理论基础上,建立了饱和、非饱和岩石损伤软化统计本构模型。该模型能反映岩石在单轴抗压试验中初始加载阶段全应力-应变曲线稍向上凹曲的特征,以及在岩石受力过程中损伤和空隙(或孔隙)中流体对应力-应变关系所起的作用。与试验结果的比较显示模型是合理的。

基于修正的软化拉压杆模型的RC框架边节点受剪性能研究

在软化拉压杆模型(Softened strut and tie model, SSTM)基础上,针对边节点受力特点,建议采用更准确的混凝土斜压杆倾角计算公式,并基于44个RC框架边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线的试验数据,拟合了软化混凝土本构曲线,提出修正的软化拉压杆模型(Modified softened strut and tie model, MSSTM)。使用传统SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型分别对91个边节点受剪承载力(其中56个发生节点核心区剪切破坏)、26个边节点核心区剪应力-剪应变骨架曲线进行计算。结果表明:MSSTM模型对受剪承载力以及剪应力-剪应变骨架曲线的预测效果整体优于SSTM模型和约束斜压杆模型。就承载力而言,SSTM模型、约束斜压杆模型和MSSTM模型的计算值与试验值之比的均值分别为1.028、1.203和0.995,变异系数分别为0.230、0.273和0.164。MSSTM模型计算结果更准确且离散性更小。此外,MSSTM模型可较好预测应力-应变曲线上的特征参数,尤其是峰值剪应力和开裂刚度。两者计算与试验结果比值的均值分别为1.14和1.02。

确定混凝土软化曲线的自修正逆推法

为基于试验所测荷载-裂缝张开位移曲线确定出混凝土软化关系,将全局最佳拟合与参数自动修正技术相结合,提出了自修正逆推法。该方法可以考虑局部特性对软化曲线的影响,允许自定义拟合参数的搜索边界,且无需预先假定软化曲线最终形状。通过开展断裂试验,校验了所提方法的合理性、通用性与稳健性。结果表明:该方法模拟的荷载与试验结果吻合良好,逆推所得软化曲线跟拟合参数初始猜测无关,对不同形式和材料的混凝土试件普遍适用;不同湿度下的软化曲线形状相似,但湿度越低,抗拉强度和临界裂缝宽度越小,且在后期这种减小更显著。

深厚冲积层高强钢筋混凝土井壁力学特性研究

通过实验和理论计算,对在均匀荷载作用下高强钢筋混凝土井壁的力学特性进行分析。实验结果表明:高强钢筋混凝土井壁具有很高的承载力,影响其承载力的主要因素依次为混凝土的强度等级、厚径比和配筋率;在均匀外荷载作用下,混凝土强度提高10MPa,井壁的极限承载力提高4MPa左右,配筋率对井壁的极限承载力影响很小;高强钢筋混凝土井壁结构破裂时,环向钢筋沿破坏面发生塑性弯曲,混凝土破坏面与最大主应力方向的夹角为25°～30°,属压剪破坏。理论分析时,采用线性软化本构模型以及符合混凝土强度特性的Mohr-Coulomb强度准则,推导出高强钢筋混凝土井壁极限承载力的理论计算公式,并且其计算结果得到实验验证。

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.