论混凝土裂纹体的流变断裂

本文的讨论,提出了可以发展混凝土构件流变断裂的一个一般的框架。探讨了三个主要问题,即本构方程的非线性、动态能量释放率及混凝土中粗骨料与砂浆间界面斜枝微裂纹的发展规律。本文引入混凝土裂纹体的包含断裂元件的流变模型,从而使混凝土断裂的上述问题的研究得以简易化。推导出具有材料非均质性所引起的流变效应的混凝土裂纹体本构方程。将有限应变下的超弹性材料中直形尖裂纹的动态能量释放率G_d的统一处理方法,推广到混凝土裂纹体情况。将G_d分成G_(d1)和G_(d2),它们分别表瞬时断裂和延迟断裂的动态能量释放率。然后,我们再将G_d分成通常的准静态能量释放率加上负的动态贡献,即G_d(t)=(?)(t)+(?)(t)。显然,(?)和(?)对混凝土中裂纹的动态特性的关系,比应变能变化率(?)与动能变化率(?)对它的关系更密切些,这是由于(?)和(?)一般地不是裂纹尖端所固有的缘故。最后,根据混凝土中粗骨料与砂浆间界面斜枝微裂纹的发展规律,借助主裂纹尖端前的“损伤积累”概念,论证了主裂纹是在等时间隔以跳跃形式增长的。     

混凝土裂纹体的裂纹延迟失稳扩展

为对混凝土构筑物的裂纹延迟失稳扩展现象进行严格的理论论证以更深刻地理解它,基于整体能量平衡和裂纹前缘双重衰坏区的概念,建立了裂纹失稳扩展孕育期的理论。将混凝土构筑物视为由一个弹簧和一个Kelvin模型串联而成的三元流变模型表征的标准线性固体,分析了裂纹扩展期间发生的能量耗散和能量释放率G_1。在裂纹失稳扩展的孕育期,外衰坏区的整体特性是初级蠕变的而不是弹性的或瞬时塑性的形变,内衰坏区则随时间而发展二级蠕变。引人C*一积分的定义,并从而推导出用以解释孕育期间裂纹尖端附近整个衰坏区形变特性的特征时间和长度。其次,得到另外一些重要结论如下: 1 为正确对待混凝土构筑物的断裂,应将它看作是一个具有记忆的历史过程、一个具有耗散能的热力学不可逆过程。因此,通常的局部能量平衡方程不再能做为设立的整体能量平衡方程的推论而得到。2 将混凝土视作为标准线性体,其应变能释放率可分成两部分,一部分表明迟滞弹性效应,另一部分表明粘性流效应。所以,裂纹扩展时能量耗散,并且裂纹的形成是不可逆的。3 混凝土裂纹体的G-判据与K-判据间的关系是时间相依的。在恒载条件下,它的能量释放量随时间而增长到一个较高的极限值,从而存在裂纹延迟失稳扩展的临界裂纹尺寸。4 混凝土构筑物的断裂过程中,裂纹失稳扩展前是存在亚临界扩展阶段的,它显现与否取决于所施应力水平。在此阶段,虽然外载保持固定,但裂纹仍随载荷持续时间而缓慢增长,所以裂纹前缘的应力场也是时间的函数。5 在裂纹失稳扩展的孕育期,裂纹尖端的外衰坏区呈初级蠕变变形.而内衰坏区随时间发展着二级蠕变。在长时间后,整个衰坏区的蠕变发展。裂纹尖端应力场可由包括C*的方程(44)给出,而C*与载荷参数有关。6 用以说明裂纹尖端附近整个衰坏区变形特性的特征时间,可从衰坏区蠕变应变集中的“短时间”与整个衰坏区蠕变从初级发展到二级而三级蠕变的“长时间”之间的差推导出。本文研究成果解释了某单支墩大头坝在蓄水8年后原有约3米长的浅裂纹突然失稳扩展成深达50米左右深裂纹的成因。     

单支墩大头坝初始表面裂纹形成的热流变断裂学研究(英文)

本文从对裂纹扩展过程中流变与耗散现象的大量观察与研究,根据非局部场理论,导出了裂纹体在裂纹扩展过程中的热力平衡方程,为更加精确地描述裂纹扩展问题提供了理论基础;同时指出,在裂扩展过程中局部质量、动量、动量矩和能量均不守恒,并给Griffith表面能以新的定义。将单支墩大头坝初始表面裂纹的形成与扩展视为不可逆热力学过程,在不可逆过程必然伴有熵产生的原则下,引入了一个耗散势函数,通过对裂纹扩展过程中Clausius非补偿热和耗散势函数的研究,重新建立了断裂判据;在适当地引入裂纹系统偏离平衡态的距离之后,可导出经典的屈服、强度和断裂理论中的各种判据;同时,通过耗散势函数,把流变、断裂和不可逆过程有机地结合起来了,形成了统一的流变断裂学。最后,将大坝混凝土定义为热流记忆性材料,依试验和实测数据,采用本文给出的热流变断裂学研究,对单支墩大头坝初始表面裂纹的形成进行了计算,其结果与现场观测基本一致,为单支墩大头坝的设计提供了进一步改进的依据。     

纤维混凝土的施工及应用

纤维是化工产品,它是一种以聚丙烯为原料,以独特工艺制造的高强聚丙烯单丝纤维,可以极为有效地控制混凝土(砂浆)塑性收缩、干缩及温度变化等因素引起的微裂纹,防止及抑制裂缝的形成和发展,大大改善混凝土的抗渗性能、抗冲击和抗震能力.     

SMA对混凝土裂纹修复性能的数值分析

针对含有形状记忆合金(SMA)的混凝土试件进行了数值仿真分析。将SMA在温度变化下产生的驱动力转化来的预应力施加在SMA上,并将SMA作为主筋埋入混凝土梁中,通过调整混凝土型号、裂纹尺寸及位置、SMA直径、温度等,得出了不同因变量下SMA对混凝土裂纹修复性能较为全面的仿真结果。结果表明:SMA对所有的参变量下的裂纹修复尺寸均呈现了一致的线性变化,其中影响裂缝修复效果最强烈的是混凝土型号。影响最弱的是SMA自身直径。     

PC／BMPE合金的裂纹扩展行为

用扫描电镜(SEM)研究了聚碳酸酯/双峰聚乙烯(PC/BMPE)合金断裂面的形貌,其断裂面可以分为裂纹引发区和裂纹扩展区.裂纹扩展区形成了大量的纤维,且这些纤维具有很大的塑性形变,而裂纹引发区几乎没有纤维形成,这是裂纹在缺陷处引发时存在气穴现象的缘故.冲击作用所产生的应力导致了裂纹尖端微空穴和聚合物纤维连结的形成,这个过程包括表面牵拉和纤维拉伸,裂纹形成时存在纤维的微颈细化过程,并用微颈细化理论建立了其微颈细化的理论模型.     

纤维混凝土的施工及应用

纤维是化工产品，它是一种以聚丙烯为原料，以独特工艺制造的高强聚丙烯单丝纤维，可以极为有效地控制混凝土(砂浆)塑性收缩、干缩及温度变化等因素引起的微裂纹，防止及抑制裂缝的形成和发展，大大改善混凝土的抗渗性能、抗冲击和抗震能力。     

某混凝土坝的粘弹性断裂力学分析

应用粘弹性断裂力学理论本文分析了某水电站混凝土大头坝坝墩上游面中心垂直裂纹的延迟失稳问题。采用Rabotnov体作为流变模型计算了裂纹延迟失稳扩展深度。采用裂纹-切口模型及COD判据计算了裂纹扩展速度及寿命与初始裂纹深度之间的关系。文中还分析了该坝墩裂纹自动止裂的原因。     

湖南柘溪水电站混凝土坝的流变断裂学研究(英文)

应用流变断裂学理论,本文着重研究了湖南柘溪水电站单支墩大头坝混凝土裂纹体裂纹发生与发展的计算程序。理论计算结果与现场观测结果基本一致。     

混凝土裂纹体的线弹性断裂

本文提出,线弹性断裂力学在一定条件下能用于混凝土裂纹体,并且还讨论了混凝土断裂韧性K_(IC)测试中存在的某些问题。     

地层纵向特性对隧道衬砌结构应力与位移的影响分析

探讨地层纵向性态变化对隧道横截面应力、位移的影响,采用midas GTS有限元分析软件,结合兰州市九州隧道实际工程,选取不同性态的土体进行数值模拟,分析对比了3种不同土体下隧道拱顶的竖向有效应力及位移.结果表明,随着土体围岩级别的提高,容重的增大,内摩擦角的减小,隧道截面竖向有效应力有所增大,且拱趾处增量最大,增长速度也最快,有效应力的增量和增长速度沿拱圈向拱顶逐渐减小,拱趾处增量是拱顶处增量的20倍以上;围岩级别提高,竖向位移有所减小,其中拱顶处位移增长最快,增量也最大,位移的增量和增长速度从拱顶沿拱圈向拱趾逐渐减小,拱顶处位移增量是拱趾处增量的1.17~1.23倍,对实际工程提供了一定的参考和建议.     

预应力混凝土结构裂缝成因分析

通过预应力混凝土结构工程实例,对混凝土强度检测、裂缝分布、成型养护、预应力筋张拉工艺等的调查,提出裂缝成因分析要结合各个因素之间的关联程度为检测分析重点.     

混凝土收缩徐变对系杆拱桥的影响研究

介绍了混凝土收缩徐变的机理、计算理论与方法,对建立的系杆拱桥模型使用有限元软件MIDAS进行了混凝土收缩徐变的影响分析,并在工程中具体应用.     

祁家黄河大桥C55微膨胀钢管混凝土试验研究

结合实际工程,就单跨桥梁钢管拱C55膨胀混凝土配合比,利用卵碎石作为粗骨料的优点,通过多因素正交试验方法研究了胶凝材料用量变化、砂率、不同外加剂等因素对钢管混凝土性能的影响,分析了其限制膨胀率等各项性能,用图表法形象地对比了主要指标与混凝土相关性能的关系,从而确定了C55钢管微膨胀混凝土的配合比.为进一步完善此类实验研究提供了参考依据.     

茶镇隧道二次衬砌施作时机的确定

针对隧道工程二次衬砌施作时机的问题,依托茶镇隧道工程,选取4个断面为研究对象,对拱顶沉降、支抗内力的监测数据利用MATLAB进行回归分析,分别依据"变形速率准则"、"极限位移准则"、"支护抗力最小"的原则,确定应用不同准则下二次衬砌施作时机,并通过对比分析,确定最佳支护时机.研究结果表明:拱顶有效应力能够替代支护抗力研究隧道衬砌;二次衬砌最佳支护时机建议取初期支护后21~23d,距掌子面距离47~54m.     

格丑沟特大桥主桥受力仿真分析

格丑沟特大桥位于陕西境内红柳林至神木西新建铁路线上,主桥跨径136 m钢管混凝土系杆拱桥,针对其结构特点,应用有限元分析程序MIDAS进行了受力仿真计算分析;计算结果表明:在恒载和活载作用下结构的强度、刚度和稳定性都满足规范要求,验证了结构设计的安全性;自振特性和屈曲分析表明:该桥的面外稳定性要弱于面内稳定性,分析结果对该桥的设计、施工、监控以及维护有一定的参考价值.     

新城黄河大桥系杆拱结构加固方案研究

研究了新城黄河公路大桥系杆拱结构的加固方案 ,提出了 3种不同的加固方案 ,对 3种不同的加固方案加固后的系杆拱结构进行结构静力参数及动力参数的分析及比较 ,比选出了最佳加固方案 .这项研究为系杆拱结构的加固设计提供了理论依据 ,也为同类形式的桥梁的加固提供了借鉴的资料     

超静定拱的封拱温度

本文提出了两种计算封拱温度的方法,且将可靠性理论引入到计算之中,并给出了相应的计算实例。     

论混凝土破坏的尺寸效应

本文考虑混凝土破坏的骨料和试件尺寸效应，通过引人非局部体力场，研究了非均质材料的断裂与内部相互作用，并根据流变断裂学的方法和原理，探讨了外部物理量与内部相互作用的依赖关系，从而把断裂与裂纹体内部结构有机地结合起来．在此基础上将混凝土视为非均匀材料，以其骨料的最大粒径的倍数作为相互作用的有效范围，通过混凝土破坏试验，研究混凝土骨料对断裂特性的影响和混凝土断裂的尺寸效应．     

高等数学教学中学生数学素质的培养

提出了优化知识结构,实行分层次教学,再现知识形成过程,精心设计问题情境,强化实践应用环节等培养学生数学素质的具体措施.实践表明,这些措施有利于提高学生的数学素质,取得了较好的教学效果.