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KIc ini和KIc un.反映粘聚力变化规律的软化本构曲线形状影响起裂韧度KIc ini的确定.对于简单实用的双线性软化本构曲线而言,取ws=CTODr,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.     

基于裂缝扩展准则的混凝土重力坝裂缝扩展全过程数值分析

将裂缝扩展准则应用于混凝土重力坝裂缝扩展全过程分析,结合虚拟裂缝模型计算了经典混凝土重力坝模型的断裂特性,并与其他数值方法进行了对比.结果表明:利用该数值方法得到的混凝土重力坝模型的外荷载-裂缝口张开位移曲线及裂缝扩展路径与试验结果均吻合良好;当给定了混凝土材料的起裂断裂韧度、断裂能、抗拉强度等参数后,即可采用该数值方法对混凝土重力坝裂缝扩展全过程进行分析.     

混凝土结构裂缝扩展的双K断裂准则

本文在对大型紧凑拉伸试件断裂实验和光弹性贴片法观察结果进行分析的基础上,寻找到适合于裂缝扩展问题的K_R阻力曲线断裂准则,提出了与此相等价且更为简单实用的双K断裂准则。     

碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则研究

通过多组不同削弱度的深埋椭圆裂缝、深埋矩形裂缝、穿透裂缝三种形式的碾压混凝土试件单轴拉伸试验结果,建立深埋矩形裂缝碾压混凝土试件的应力强度因子的近似解析表达式,考虑尺寸效应得到碾压混凝土材料的断裂韧度。根据碾压混凝土拱坝诱导缝构造特点,分别将矩形诱导缝简化为修正穿透裂缝模型和修正深埋椭圆裂缝模型,假定为I型开裂,考虑相邻裂缝的影响,采用虚拟裂缝模型和线弹性断裂力学相结合的方法建立裂缝失稳扩展时的亚临界扩展量和等效断裂韧度的解析表达式,应用双K断裂准则,建立碾压混凝土拱坝诱导缝开裂的等效应力准则。并将此结果应用到三维非线性应力场仿真计算中,对沙牌碾压混凝土拱坝进行非线性开裂计算分析。     

钢纤维混凝土裂缝扩展的双K准则研究

钢纤维混凝土的裂缝扩展过程仍然可以划分为裂缝不扩展、稳定扩展以及失稳扩展三个阶段,因此基于素混凝土提出的双K断裂准则仍然适用;按照线性渐进叠加假定推导了钢纤维混凝土的裂缝尖端净强度因子和桥连韧度的计算公式,给出了针对钢纤维混凝土的临界裂缝的解析解算法和便于实际应用的近似算法并在此基础上给出了双K参数的计算方法。分析讨论了钢纤维混凝土裂缝扩展抗力的来源,该抗力理论是基于混凝土黏聚力和钢纤维桥连应力共同作用得到的,已公开发表文献数据与之符合较好。开展了钢纤维混凝土的三点弯曲试验,结果显示其起裂韧度总体增长但不成线性关系,而失稳韧度与纤维的体积掺量成近似线性增长关系,符合本研究理论。     

静水压力下混凝土断裂韧度率相关性分析

基于裂缝中有、无水压的混凝土三点弯曲梁断裂试验,研究了加载速率对裂缝中有、无水压力混凝土双K断裂韧度的影响.试验加载速率为2×10-3、2×10-2、2×10-1、2 mm/s.基于新型裂缝密封装置在混凝土梁的裂缝中形成0.3 MPa水压力,并开展了24组无水压的混凝土梁和12组含水压的混凝土梁断裂试验.拟合试验结果,建立了基于名义起裂荷载率和临界裂缝扩展率的混凝土双K断裂韧度的率相关性模型.对比分析得到,起裂断裂韧度的率相关性与水压力无关但是失稳断裂韧度的率相关性与水压力有关,加载速率的增加导致裂缝中含水压的混凝土的失稳断裂韧度的增量较无水压混凝土显著增加.     

水工有压隧洞衬砌双K断裂理论分析及裂缝宽度计算

2005年制定的我国电力行业标准《水工混凝土断裂韧度试验规程》以双K断裂理论为理论依据,该理论所发展的闭合解析解形式简单且物理意义明确,试验技术方法简易可行,能够很好地描述裂缝的起裂、稳定扩展和失稳扩展。本文以该理论为出发点,对进行的大比尺水工有压隧洞模型试验中存在的三种衬砌结构断面即素混凝土断面、单筋断面和双筋断面进行了断裂力学分析,推导计算了它们在不同内水压下的应力强度因子,确定了三种不同衬砌结构的双K断裂参数,为研究水工有压隧洞衬砌结构的裂缝扩展过程和破坏机理提供了一种有效的方法。此外,给出了基于断裂力学的裂缝宽度计算式,计算了单双筋衬砌结构在不同内水压力下的裂缝宽度,并根据SLT191—96规范和DL/T5195—2004规范计算了裂缝宽度,发现断裂力学计算值、SLT191—96规范计算值与试验结果三者吻合很好,DL/T5195—2004规范计算值小于试验结果。     

全级配大坝混凝土断裂参数的试验研究和计算方法

针对某大坝的实际工程,采用大坝拌和楼出料,浇筑最大骨料粒径为150 mm的全级配混凝土楔入劈拉试件进行断裂试验。在裂缝尖端布置应变片,利用应变回缩法测定起裂荷载Pini。通过改善楔入劈拉试件的支承条件,消除了由外荷载竖向分力引起的附加力矩对裂缝尖端应力场和断裂参数的计算的影响。结合ANSYS软件,精确计算了非标准楔入劈拉试件的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度(即双K断裂参数),并与《水工混凝土断裂试验规程》规定的标准尺寸试件断裂韧度计算结果及基于虚拟裂缝黏聚力理论的解析结果进行对比。结果表明:全级配大坝混凝土的脆性较强,普通混凝土软化曲线的经验参数对全级配混凝土并不适用;在本试验的支承条件下,规程规定的断裂韧度计算公式也适用于大尺寸非标准试件双K断裂参数的计算。     

混凝土三点弯曲梁失稳韧度预测方法研究

基于采用起裂韧度扩展准则的三点弯曲梁断裂全过程数值模拟,研究了混凝土失稳韧度的预测方法及其受黏聚力分布的影响.该方法将起裂韧度作为裂缝起裂及扩展的判断标准,通过理论分析及数值迭代计算得到峰值荷载、临界有效裂缝长度及失稳韧度,摆脱了传统方法需要测量临界状态下的断裂参数才能得到失稳韧度的束缚.利用不同尺寸和不同最大骨料粒径的三点弯曲梁试验对本计算方法进行了验证.分析了不同黏聚力分布模型对失稳韧度及裂缝断裂全过程曲线的影响.研究表明本方法可以较好地预测混凝土失稳韧度,黏聚力分布模型对失稳韧度计算结果影响较小。     

标准钢筋混凝土三点弯曲梁双K断裂特性试验研究

为研究缝高比对钢筋混凝土起裂韧度、失稳韧度等断裂参数的影响,以及钢筋在混凝土裂缝扩张过程中对裂缝的限制作用,设计制作了4组初始缝高比分别为0.2、0.3、0.4、0.5的标准钢筋混凝土三点弯曲梁,对其进行了断裂性能试验研究。根据试验现象分析了裂缝扩展过程,在此基础上建立了断裂韧度计算模型,给出了考虑钢筋限裂作用后的有效裂缝长度计算式。研究结果表明：在引入适应于钢筋混凝土的断裂韧度后,其裂缝扩展过程也可以用双K断裂准则来描述;当试件的初始缝高比大于或等于0.4时,钢筋混凝土三点弯曲梁的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度与初始缝高比无关;声发射参量可以准确地确定试件的起裂荷载值,而且与传统的应变片法相比,声发射信号能更好地反映试件内部真实的起裂状态。