Crack elongation and its width of large depth reinforced concrete beams

In order to meet the requirement of structural inspection,the crack spacing and crack width at various heights in the tensile zone of six large depth reinforced concrete beams were measured under several loading levels of serviceability state.The effects of the depth of normal section beams on the crack spacing and crack width were analyzed,and the modified model is proposed for calculating the average crack spacing by thinking about the depth of normal section,the reinforcement arrangement and the effective reinforcement ratio.The relationships of crack widths at any position in the tensile zone and at the reinforcement level on the side surface of beam were studied.By theoretical and statistical analysis,a method is proposed to calculate the ratios of crack widths between any position and the reinforcement level on the side surface of large depth reinforced concrete beams.

细观尺度下表面波法检测混凝土表面裂缝深度研究

基于表面波截止频率检测混凝土表面裂缝深度是一种有效的无损检测方法。目前通常使用频率透射比法来识别截止频率,但该方法受混凝土细观结构影响较大,识别效果较差。为提高截止频率的识别精度,本文提出了多道信号相移频散分析法,开展了表面波检测均匀介质和混凝土细观模型表面裂缝深度的有限元模拟,通过对比研究频率透射比法和多道信号相移频散分析法的检测机理和识别效果,给出了截止频率的识别标准,最后分析了骨料、孔隙率和检测频率对多道信号相移频散分析法的影响。研究结果表明,多道信号相移频散分析法的识别效果较好,且不受细观结构和缝厚比的影响;骨料粒径、含量和弹性模量的变化基本不影响该方法对截止频率的有效识别;当表面波波长小于构件厚度且孔隙率不超过4%时,该方法仍具备较好的识别效果。本研究可为实际工程中混凝土表面裂缝深度的定量检测提供理论基础。

混凝土深受弯构件力学性能分析与裂缝宽度检测

为保证混凝土深受弯构件的服役寿命,分析了其在载荷作用下的力学性能,并检测其裂缝宽度。在制备4种不同剪跨比的混凝土深受弯构件后,制定加载方案。然后基于有限元模型分析构件在载荷下的应力分布情况,并通过构件受剪分析模型计算混凝土深受弯构件的受剪承载力,同时利用拉压杆模型检测裂缝宽度。试验结果显示:剪跨比能够直接影响构件的力学性能。剪跨比为0.26、载荷达到600 kN左右时,跨中位移最高值为8.6 mm;剪跨比为1.04、载荷为300 kN左右时,跨中位移达到12.5 mm,构件从剪切破坏状态变化成剪弯破坏;根据构件裂缝之间的受力情况,可以准确获取裂缝最大宽度值;剪跨比较大时,构件裂缝较宽位置,大部分均位于支座附近。

阵列涡流检测不同深宽比裂纹的研究

设计有不同深宽比裂纹的2组对比样管,探究阵列涡流对于不同深宽比裂纹的敏感性。使用阵列涡流检测方法,对样管上的缺陷进行检测对比。结果表明:在对裂纹深宽比特征参数研究中发现,当宽度一定、深宽比大于1时,涡流幅值随深宽比增加逐渐变大,深宽比小于1时,涡流幅值与深宽比无明显对应关系;当深度一定、深宽比大于1时,涡流幅值大小随深宽比增加逐渐变大。在宽度相同、深度不同和的深度相同、宽度不同的深宽比研究中发现,深宽比相同时,阵列涡流检测到的模拟裂纹的涡流幅值均随检测频率的增加而逐渐变大。

基于解析方法的FRP增强混凝土梁失稳前断裂过程分析

为研究FRP增强混凝土梁失稳前断裂过程,该文基于混凝土断裂力学理论和非线性FRP-混凝土界面粘结滑移规律,建立了一个跨中裂缝导致界面脱粘的粘聚区模型,采用解析方法推导了FRP增强混凝土梁界面剪切应力、FRP拉应力以及失稳前断裂韧度的公式,为分析FRP-混凝土界面脱粘提供了一种有效的方法,并开展了动态荷载下4种不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4和0.5)的FRP增强混凝土梁三点弯曲试验。结果表明,FRP增强混凝土梁的起裂荷载和阻裂荷载随着初始缝高比的增大而逐渐减小,但初始缝高比为0.4时,试件起裂最晚;起裂韧度和阻裂韧度不随初始缝高比的变化而变化,表现出与其他文献类似的规律,验证了断裂韧度解析解的正确性。

高温循环载荷下石英坩埚气孔-裂纹应力强度因子数值模拟

连续拉晶用石英坩埚的内壁会随拉晶次数的增多而形成更多的气泡,易在晶体中产生位错和侵蚀性硅熔体,导致坩埚随时间溶解和腐蚀等。为研究侵蚀性硅熔体与气泡相互作用对坩埚的影响,研究人员期望对石英坩埚的性能进行原位观察,然而,单晶炉内的极端高温环境使得很难通过实验手段对其内部进行研究。本文以石英坩埚内表面气孔-裂纹为研究对象,采用有限元模拟获得了高温循环载荷下石英坩埚不同气孔形态、裂纹形状和裂纹倾斜角度的各拉晶阶段应力强度因子(KⅠ、KⅡ、KⅢ),分析了总应力强度因子的分布规律。结果表明:随着裂纹倾斜角的增加,KΙ值呈现逐渐减小的趋势,KⅢ值呈现先增大后减小的趋势,且KⅢ值沿倾斜角45°对称;随气孔深径比增大,KΙ值呈现减小趋势,且减小速率以深径比等于1为界有明显的增大,KⅢKΙ,说明裂纹主导形式为Ⅰ型;裂纹形状比对KΙ或KШ值影响显著,形状比越小,裂纹尖端应力强度因子值越大;当倾斜角为0°时,总应力强度因子K值最大,此时裂纹扩展趋势最强,对石英坩埚危害最高;此外,连续拉晶下放肩阶段的总应力强度因子总是大于等径、收尾、冷却阶段。仿真结果对实际生产有一定的理论指导意义。

缝高比对不同强度等级混凝土断裂特性的影响

采用我国水工混凝土断裂试验规程推荐的双K断裂模型,确定C25、C35在缝高比0.2～0.5范围内的断裂参数,研究了两种强度等级下缝高比对混凝土断裂特性的影响。试验结果表明,试件的荷载值随着缝高比的增加而逐渐降低;缝高比为0.3或0.4的三点弯曲梁混凝土试件相对韧度较好;缝高比从0.2变化到0.5的范围内,混凝土试件起裂韧度值、失稳韧度值变化不大,起裂韧度和失稳韧度均可认为是一个常数;强度等级越高,断裂能越大,且断裂能随缝高比的变化而变化,缝高比为0.3或0.4时,混凝土试件的断裂能最大。

缝高比对碾压混凝土名义断裂韧度的影响

对不同缝高比的碾压混凝土试件进行了楔入劈拉试验,通过对名义断裂韧度试验结果进行分析,得到缝高比对碾压混凝土的断裂韧度的影响规律。将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的混凝土断裂韧度尺寸效应公式及基于Hu公式得到的断裂韧度尺寸效应公式结合,确定了碾压混凝土名义断裂韧度在缝高比这一因素影响下的公式。

自密实堆石混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能

通过对3种不同缝高比试件的大尺寸单边切口四点剪切梁式试件,进行自密实堆石混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂性能进行试验研究,研究这种新工艺混凝土材料的断裂机理,测得了各试件的起裂荷载、极限荷载及起裂角θ,获得了F-δ曲线。结果表明：缝高比（c/h）在0.4~0.8之间起裂角增长较为明显,缝高比在0.8~1.2之间起裂角增长较为缓慢。

缝高比及尺寸对碾压混凝土失稳断裂的影响

采用尺寸分别为300 mm×300 mm×150 mm、400 mm×400 mm×150 mm和500 mm×500 mm×150 mm,缝高比均为0.4,以及尺寸为150 mm×150 mm×150 mm,缝高比分别为0.4、0.5和0.6的楔入劈拉试件进行研究,分析缝高比及尺寸对碾压混凝土断裂过程及断裂参数的影响,结果表明,与普通混凝土不同,碾压混凝土失稳断裂参数随缝高比的增大有一定程度增加;试件尺寸较大时(高度大于300mm),《水工混凝土断裂试验规程》(DL/T5332-2005)中的公式对碾压混凝土才具有较好的适用性,试件尺寸较小时,该公式计算值与试验数据偏差较大,需进一步寻找更合适的公式.

混凝土收缩裂缝几何特征及其对氯离子渗透的影响

为准确表达收缩裂缝的几何特征并分析其对混凝土中氯离子渗透规律的影响,通过对干缩开裂混凝土板进行取样,观测和统计分析了收缩裂缝的几何特征,并采用ASTM法研究了裂缝对混凝土中氯离子渗透的影响规律.结果表明:混凝土收缩裂缝存在显著的深宽比特征,其均值约为44.31,开裂角度均值约为2.6度;对比不同的裂缝宽度表征参量如最大宽度、最小宽度、平均宽度以及比表面积等与ASTM法6 h电通量关系后发现,最大宽度是表征裂缝对开裂混凝土渗透性影响的适宜参量;开裂混凝土中氯离子的渗透系数与裂缝最大宽度成正线性关系,并且当收缩裂缝宽度小于0.18 mm时,裂缝对渗透系数影响可以忽略.收缩裂缝的宽度变化会显著影响混凝土的抗渗性能,实际工程中应该根据混凝土保护层厚度来确定其容许的最大裂缝宽度.

四点剪切梁法研究混凝土I-II复合型起裂准则及其缝高比影响规律

通过对3种不同缝高比试件的四点剪切梁试验,进行了混凝土I-II复合型起裂准则的试验研究,试验过程中除了测得极限荷载外,还测得了各个试件的起裂荷载及起裂角度。根据所测得的起裂荷载并通过有限元方法计算了开裂状态下的应力强度因子KI、KII分量,进而提出了与以往由极限荷载确定的断裂准则相区别的起裂准则,研究了缝高比对该起裂准则、试件起裂角度和应力强度因子分量的影响规律。结果表明,缝高比在0.3～0.4之间,其对混凝土I-II复合型断裂起裂准则有明显的影响;缝高比在0.4～0.5之间,其对混凝土I-II复合型断裂起裂准则基本上没有影响。随试件缝高比的增大,试件的起裂角度会增大,但对KI/KII却随缝高比的增大而减少。

厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子影响因素的研究

在现有文献对平面结构任意分布多裂纹间相互作用影响因素及厚壁筒轴向表面单裂纹尖端应力强度因子分析的基础上,提出了包含裂纹尖端应力强度因子影响因素的厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子公式。根据有限元方法,利用ANSYS软件对不同厚壁筒壁厚比、不同裂纹深度比及不同裂纹夹角情况下双轴向表面裂纹尖端应力强度因子进行了计算,分析了不同因素改变时厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子的变化规律。分析结果表明,厚壁筒壁厚比、裂纹深度比及裂纹夹角对双轴向表面裂纹尖端应力强度因子都有不同程度的影响,证明了厚壁筒双轴向表面裂纹尖端应力强度因子公式的合理性,对工程实际中精确计算含双轴向表面裂纹厚壁筒结构中裂纹扩展速率及合理评价含厚壁筒结构安全性具有参考价值。

PVA-尾矿砂水泥基复合材料损伤破坏数值模拟

针对纤维掺量及缝高比对PVA-尾矿砂水泥基复合材料损伤破坏的影响问题,提出了基于RFPA分析系统的含有预裂缝PVA-尾矿砂水泥基复合材料的三点弯曲损伤破坏数值模拟方法.应用RFPA分析系统进行数值模拟,对复合材料的损伤断裂过程进行了分析,对复合材料的断裂能进行了计算,并将模拟结果与试验结果进行了对比.结果表明,模拟与试验所得的荷载位移曲线吻合较好,证明了数值模拟的合理性;在一定范围内,断裂能随着PVA纤维的体积掺量增大而增大,随着缝高比的增大而减小.

基于EQ4H型内燃机含裂纹曲轴的应力强度因子计算

内燃机曲轴上裂纹尖端的应力强度因子是计算裂纹扩展和疲劳剩余寿命的基础。首先利用Adams软件对曲轴—连杆系统进行刚柔耦合的动力学分析,得出第4曲柄销上承受的载荷最大,因此在其他边界条件相同时,第4曲柄销与轴肩的过渡圆角处最容易出现与轴肩呈45°夹角的椭圆形裂纹。然后将动力学分析得出的载荷作为曲柄销上的主要载荷进行裂纹尖端强度因子的计算,得到在不同长短轴比例(a/c)下强度因子随裂纹深度的变化趋势。在考虑到裂纹深度和裂纹长短轴比共同影响下,拟合得到EQ4H型内燃机曲轴几何形状因子的表达式,为此型号内燃机进行断裂力学的后续工作奠定了基础。

三点弯曲下PVA-尾矿砂水泥基复合材料断裂特性

针对混凝土的早期开裂问题,设计了PVA-尾矿砂水泥基复合材料三点弯曲梁试验,研究了尾矿砂掺量、缝高比、纤维掺量以及使用条件对断裂韧度和断裂能的影响规律.通过试验得出P-δ曲线和P-COM D曲线,并计算断裂韧度和断裂能.结果表明:断裂韧度与缝高比成反比,且随着纤维掺量的增加而增加,但尾矿砂对断裂韧度的影响却很小;断裂能随纤维掺量的增加而增加,随尾矿砂掺量的增加而降低;正常使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值比腐蚀使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值均增大约10%.

直裂纹悬臂梁系统阻尼特性分析

以裂纹悬臂梁系统为研究对象,基于ANSYS软件采用梁单元、平面单元和接触单元,建立了一个直裂纹梁有限元模型.利用接触单元模拟裂纹的呼吸效应,并通过与文献测定的固有频率对比验证了模型的有效性.基于所提的模型,分析了冲击激励与正弦激励下,摩擦对系统振动特性的影响;在忽略摩擦的情况下,分析了系统阻尼比及固有频率随裂纹深度和裂纹位置的变化规律.研究结果表明:裂纹处的界面摩擦对系统振动影响不大,阻尼比在一定的程度上可以作为诊断裂纹程度的依据.

基于有限元模型单一开裂纹转子的振动分析与无损估计

基于局部柔度理论和传递矩阵分析,给出一种简化的裂纹转子有限元模型。数值仿真研究了转子的长径比、裂纹位置以及裂纹深度对停机状态单一开裂纹转子的特征频率和振型的影响。提出一种借助裂纹转子前两阶特征频率和一阶振型对转子进行无损估计的新方法,仿真算例验证了该方法的有效性和可行性。

FRP增强预制裂缝混凝土的断裂性能

为了探讨纤维增强复合材料(FRP)增强预制裂缝混凝土的断裂性能,得到单层FRP对不同裂缝深度混凝土的最佳增强效果,通过相同尺寸、不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4、0.5)的FRP增强预制裂缝混凝土三点弯曲梁断裂试验,基于FRP-混凝土界面黏结滑移模型,得到了FRP增强预制裂缝混凝土三点弯曲梁的断裂性能参数.结果表明:FRP增强预制裂缝混凝土的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线的峰值荷载大于普通混凝土的峰值荷载,且FRP增强预制裂缝混凝土峰值荷载随着初始缝高比的增加先增大后减小;初始缝高比从0.2变化到0.5时,FRP增强预制裂缝混凝土的起裂韧度可认为是常数;随着初始缝高比的增加,FRP增强预制裂缝混凝土的失稳韧度呈先增大后减小的趋势,当初始缝高比为0.4时,失稳韧度达到最大值,表明此时增强效果最佳;相比于普通混凝土失稳荷载后的脆性断裂破坏,FRP增强混凝土断裂破坏过程中的延性得到明显提高.

冻融循环作用后花岗岩断裂性能的试验研究

对含有不同初始损伤花岗岩的三点弯曲断裂性能展开冻融循环试验研究,分析了冻融后花岗岩的断裂破坏机理;对试样断裂面的形貌进行了重构,并分析了试样断裂特性随其破坏面的分形维数的变化规律。结果表明:冻融循环作用下,试样的起裂荷载、峰值荷载、断裂韧度有不同程度的劣化,其劣化的程度又随试样初始缝高比的增大而加剧;随着冻融循环次数的增大,试样裂纹的扩展机理由遵循最大能量释放原则转变为遵循最小耗能原理。试样断裂面的分形维数与冻融循环次数呈较好的指数函数递增关系。峰值荷载损伤因子、断裂韧度损伤因子与分形维数变量有着较为显著的幂函数关系;峰值荷载损伤因子、断裂能损伤因子与粗糙度系数增量呈较好的幂函数关系。