利用3D-DIC评价超高性能混凝土裂缝扩展行为

为研究钢纤维掺量对超高性能混凝土裂缝扩展行为的影响,利用3D-DIC定量评价超高性能混凝土裂缝扩展规律。首先利用三点弯曲试验测试纤维掺量对UHPC弯曲性能影响。然后利用3D-DIC监测弯曲荷载作用下UHPC裂缝扩展行为。实验结果表明:钢纤维显著改善了UHPC的抗压强度和劈裂拉伸强度,随着纤维掺量的增加,抗拉强度和劈裂拉伸强度呈现出先增大后减小的趋势,当纤维体积掺量为2.0%时,其抗压和劈裂拉伸强度达到最大值。当V_f=0.5%时,荷载-挠度曲线呈现"挠度软化"现象,P_(LOP)P_(MOR);V_f≥1.0%时,荷载-挠度曲线呈现"挠度硬化"现象。随着纤维掺量的增加,裂缝扩展路径曲折程度增加,裂缝开口位移逐渐增大。     

不同强度海水珊瑚骨料混凝土断裂性能对比研究

对不同强度海水珊瑚骨料混凝土(SCAC)开展了抗压、劈裂拉伸以及预切口梁三点弯曲试验,获得了其荷载-裂纹口张开宽度关系以及断裂能、特征长度等断裂参数.结果 表明:随着SCAC强度等级的提高,其抗压强度及劈裂抗拉强度增大,拉压强度比小幅降低,开裂荷载与峰值荷载比明显增大,峰值裂纹口张开宽度显著降低;SCAC试件破坏均为裂纹贯穿骨料,断面光滑;提高SCAC强度等级可在一定程度上弥补珊瑚骨料的低强度缺陷,提高SCAC的断裂性能,但其脆性也相应增加.     

纤维种类对超高性能混凝土电杆性能的影响研究

为研究聚丙烯纤维(PP纤维)、耐碱玻璃纤维(BX纤维)、钢纤维(GX纤维)对超高性能混凝土(UHPC)电杆力学性能和耐久性能的影响,在前期掺量优选试验基础上,采用卧式离心工艺成型了规格为?190×12×M×BY的UHPC电杆,并进行了力学性能和耐久性能试验.结果表明:不同纤维种类对UHPC折压比的影响从高到底依次为:G...     

聚丙烯纤维对高强混凝土断裂参数的影响分析

利用楔劈拉伸试验方法,通过8组尺寸为200mm×170mm×100mm的楔劈拉伸试件的断裂性能试验,探讨了聚丙烯纤维及其掺量对高强混凝土断裂参数的影响.研究结果表明:聚丙烯纤维对高强混凝土断裂韧度基本没有影响,但可以提高高强混凝土的断裂能和临界裂缝嘴张开位移.随着聚丙烯纤维掺量的增加,断裂能和断裂能增益比都有不同程度的提高,临界裂缝张开位移增益比略有降低,聚丙烯纤维对改善高强混凝土的裂后行为具有较为明显的作用.     

混凝土尺寸效应机理的有限元分析

混凝土断裂破坏时产生尺寸效应是普遍存在的一种现象,在假设裂尖形状、大小及裂纹宽度不变而裂纹长度随结构尺寸按比例变化的前提下,用有限元方法分析了三点弯曲梁内应力的分布情况,并讨论了裂尖形状对应力分布的影响。结果表明:在加载点相对位移相同时,梁内最大应力随结构尺寸的增加而增大,裂尖形状对梁内最大应力影响很小;当尺寸较小时,结构尺寸效应比较显著,随着尺寸的增加,结构尺寸效应逐渐减小。     

混凝土尺寸效应机理的有限元分析

混凝土断裂破坏时产生尺寸效应是普遍存在的一种现象，在假设裂尖形状、大小及裂纹宽度不变而裂纹长度随结构尺寸按比例变化的前提下，用有限元方法分析了三点弯曲梁内应力的分布情况，并讨论了裂尖形状对应力分布的影响。结果表明：在加载点相对位移相同时，梁内最大应力随结构尺寸的增加而增大，裂尖形状对梁内最大应力影响很小；当尺寸较小时，结构尺寸效应比较显著，随着尺寸的增加，结构尺寸效应逐渐减小。     

钢纤维与PVA纤维对超高性能混凝土强度及抗冲磨性能影响研究

为了研究不同纤维对超高性能混凝土(UHPC)力学性能和抗冲磨性能的影响,分别在UHPC中掺入不同体积分数的钢纤维和PVA纤维,进行了抗压、抗拉及抗冲磨试验。结果表明,钢纤维对UHPC抗压性能的提升效果优于PVA纤维;钢纤维与PVA纤维均能显著提升UHPC的抗拉性能;PVA纤维对UHPC抗冲磨性能的提升效果优于钢纤维。     

EH40钢疲劳裂纹扩展速率与裂纹尖端张开位移关系的试验研究

对EH40钢进行疲劳裂纹扩展速率测试试验,测定一系列裂纹尺寸ai及所对应的疲劳荷载次数Ni和裂纹嘴张开位移(CMOD)。通过a-N曲线,运用ORIGIN软件的微分功能得到试样的裂纹扩展速率。通过CMOD与裂纹尖端张开位移(CTOD)的对应关系,得到裂纹扩展过程中的一系列CTOD的值δ。通过数据分析,表明裂纹扩展速率与裂纹尺寸存在指数关系,并与δ存在线性相关。在此基础上,提出新的裂纹扩展速率公式,避免了Paris公式的局限性。     

次裂纹几何分布对裂纹岩体破坏机制影响研究

通过对含有裂纹的类岩石试件进行单轴压缩试验,研究次裂纹角度、长度以及岩桥尺寸对多裂纹岩体的破坏机制和裂纹扩展特征的影响规律。结果表明:次裂纹角度增加,初裂强度和峰值强度呈递增趋势,主、次裂纹闭合速度和宽度突增值减小,裂纹张开速度和剪切滑动变化值均增大。主、次裂纹之间岩桥贯通路径变短;次裂纹长度增加,初裂强度和峰值强度呈递减趋势,主、次裂纹宽度变化值和剪切滑动变化值均增加,次裂纹长度的增加降低了试件的完整度,岩桥贯通区域的椭圆形核体增大;岩桥尺寸增加,初裂强度呈递增趋势,峰值强度呈递减趋势,主、次裂纹宽度突增值和剪切应变增长值减小,裂纹张开速度和剪切应变突增值增加。分析总结了次裂纹几何分布对岩桥贯通的影响规律。     

高强钢筋与超高性能混凝土黏结性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能,设计并制作69个试件,通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏,高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大;纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显;当纤维体积率从1%增长至3%,长径比从35增加到100时,黏结强度分别提高了23%和16%;但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响;黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加,随着黏结长度增大而降低,当保护层厚度超过4倍钢筋直径时,增幅基本不变;当黏结段位于加载端时,受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%,黏结段越靠近试件中部,加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果,确定临界锚固长度计算式,提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式,同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得,现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度,建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

基于实体多向切割试件的UHPC纤维取向敏感性研究

为研究纤维取向对超高性能混凝土(UHPC)受力性能的敏感性，文章首先对单侧浇筑的UHPC平板进行多向切割(0°、45°和90°)，然后对棱柱体切割试件进行四点弯曲试验，分析切割角度和流动距离对UHPC弯拉性能的影响。最后对切割试件的纤维取向系数的敏感性和法国UHPC规范推荐值的适用性进行分析和评估。结果表明：①单侧浇筑与UHPC流动会使得钢纤维趋向于平行UHPC流动方向分布；②UHPC弯拉性能存在各向异性，对纤维取向较为敏感。0°切割试件的平均弯曲初裂强度和平均弯曲峰值强度最高，45°切割试件次之，90°切割试件最低；③不同角度切割试件的弯曲初裂强度受UHPC的流动距离影响有限，弯曲峰值强度受UHPC的流动距离影响较大。随UHPC的流动距离的增加，0°和45°切割试件的弯曲峰值强度先提高后降低，90°切割试件的弯曲峰值强度略有提高；④UHPC的整体纤维取向系数和局部纤维取向系数均对切割角度较为敏感，UHPC流动距离对整体纤维取向系数影响相对较小，但对局部纤维取向系数影响较大；⑤综合该文和统计的实体切割模型的试验结果，验证法国UHPC规范纤维取向系数的推荐值是可行的。     

钢纤维掺量对超高性能混凝土性能影响的试验研究

通过纤维掺量的调整以及规范的制备流程,研究不同强度系列的超高性能混凝土制备技术,并对比分析了不同强度下超高性能混凝土的新拌浆体性能、力学性能以及耐久性能。结果表明:控制纤维体积掺量在1.5%～5.0%范围,可实现系列化UHPC制备;纤维显著影响UHPC新拌浆体扩展度及容重,但对含气量影响较小;UHPC抗压强度、抗弯强度、拉伸强度与纤维掺量呈正相关,静弹性模量与纤维掺量无明显作用关系;系列UHPC抗压强度均有明显的尺寸效应;混凝土拉伸性能与试件的尺寸及加载方式有关,劈拉抗拉评价方法数据离散性小,而单轴抗拉评价方法试验数据离散性高,结果准确获取难度大; UHPC氯离子扩散系数低于普通混凝土2个数量级,具有较好的耐久性能,可满足超高强、高耐久的性能要求。     

混凝土紧凑拉伸试样断裂稳定性分析

试样裂纹扩展的稳定性对断裂韧度的测试具有重要影响，尤其是对尺寸较大的混凝土试样。本文根据裂纹扩展稳定性因子，分析紧凑拉伸试样裂纹扩展的稳定性及混凝土试样尺寸大型化对裂纹扩展稳定性的影响。     

玄武岩纤维增强超高性能混凝土基本力学性能研究

超高性能混凝土（Ultra high performance concrete,UHPC）是一种具有高强度、高韧性及优良耐久性的水泥基复合材料。研究了UHPC常用原材料组分及玄武岩纤维（Basalt fiber,BF）对UHPC流动性及力学性能发展的影响。试验研究结果表明：纤维的掺入使得UHPC流动性降低,且随着纤维掺量的增加,流动度逐渐减小,使用1%掺量的12 mm BF的试样获得最佳的抗压强度、抗折强度及良好的流动度;在标养情况下,UHPC的性能受水灰比影响较大,随着水灰比增大,UHPC新拌物流动性增加,强度逐渐减小;UHPC流动度随着灰砂比增大而增大,强度则表现为1∶1.2时最佳;硅灰掺量对UHPC性能影响相对较小;矿渣粉可考虑作为较佳的矿物掺合料选择。综合分析原材料组成为12 mm纤维掺量1%、水灰比0.17、灰砂比1∶1.2、硅灰掺量12.5%、减水剂掺量1.5%时UHPC性能最佳。     

Experimental study on bond performance between high strength steel rebar and ultra-high performance concrete

为研究超高性能混凝土(UHPC)与高强钢筋的黏结性能，设计并制作69个试件，通过拔出试验研究UHPC强度、纤维体积率、纤维尺寸形状、保护层厚度、黏结长度、加载方式和黏结段位置对黏结性能的影响。结果表明：试件的主要破坏形态包括拔出破坏、钢筋拉断和劈裂破坏，高强钢筋与UHPC界面的黏结强度随UHPC抗压强度、纤维体积率和长径比以及保护层厚度的增加而增大；纤维的掺入对高强钢筋与UHPC黏结强度提高作用明显；当纤维体积率从1%增长至3%，长径比从35增加到100时，黏结强度分别提高了23%和16%；但纤维形状的变化对黏结强度没有明显影响；黏结强度随着UHPC抗压强度和保护层厚度的增大而显著增加，随着黏结长度增大而降低，当保护层厚度超过4倍钢筋直径时，增幅基本不变；当黏结段位于加载端时，受拉拔出加载试件黏结强度仅为受压加载的77%，黏结段越靠近试件中部，加载方式对黏结强度影响越小。基于试验结果，确定临界锚固长度计算式，提出高强钢筋与UHPC的黏结强度计算式，同时建立黏结应力-滑移本构关系模型。通过试验结果及公式计算结果对比可得，现有的普通混凝土黏结强度公式低估了高强钢筋与UHPC的黏结强度，建议的简化公式预测结果与试验结果吻合良好。     

平行双裂缝圆盘试样裂纹扩展过程的尺寸效应试验研究

针对含多条裂缝不同尺寸的岩石受载时内部裂纹扩展及贯通存在尺寸效应的问题，制作了直径分别为50,100,150和200 mm的平行双裂缝砂岩圆盘试样，其厚度、裂缝长度和裂缝间距随直径等比变化。在GCTS RTX–3000试验机上对圆盘试样进行静态加载试验，采用声发射(acoustic emission,AE)和数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术对试样的裂纹扩展过程进行监测。结果表明：随试样尺寸的增加，破坏载荷呈线性增长趋势，预制裂缝对试样承载能力的削弱作用增强，试样破坏单位体积消耗的能量逐渐减小；多裂纹扩展存在相互竞争机制，裂纹的起裂顺序决定着扩展方向，直径50,100和200 mm的试样裂纹扩展具有同方向性，直径150 mm的试样裂纹相向扩展；通过AE准确反映了试样内部的损伤演化过程，运用DIC技术将裂纹扩展过程数值化，能够精确分析裂纹的张开位移和扩展速度；不同尺寸试样裂纹扩展速度的变化规律相似，即裂纹以一个较低的初速度开始扩展，并在很短的距离内达到峰值速度，之后扩展速度急剧下降，末段裂纹扩展速度缓慢减小并趋于稳定。     

纤维对含粗骨料超高性能混凝土高温性能的影响

为了探究改善超高性能混凝土(UHPC)高温性能的措施,从力学性能、质量损失、超声检测等方面研究了纤维(不掺纤维、单掺钢纤维、混掺钢纤维与合成纤维)对UHPC高温性能的影响。结果表明:当纤维掺量增加时,UHPC的工作性与抗压强度均随之下降,抗折强度则先升后降;随着目标温度的升高,UHPC的残余抗压强度先升后降,损伤逐步加重;纤维的加入可以延缓裂缝的发展,混掺钢纤维与合成纤维可以有效改善UHPC高温爆裂行为。     

用平台巴西圆盘试样确定脆性岩石的弹性模量、拉伸强度和断裂韧度——第二部分：试验结果

根据前文理论分析的结果，对平台巴西圆盘大理岩试样进行了平台压缩试验。试验结果表明，可以从一次有效的载荷．位移记录中同时确定脆性岩石的弹性模量E、拉伸强度σt和断裂韧度Kk。判断有效试验的标志是：(1)裂纹是从试样的中心部位引发的，并基本上沿着直径的方向扩展到临界点；(2)能够在试验中记录到最大载荷以后的破坏过程，即在达到最大载荷后，载荷先下降后又上升的过程，但载荷的上升不超过前面的最大载荷。基于内聚裂纹模型讨论了Kk的尺寸效应，利用Bazant的尺度律推出考虑断裂过程区影响修正后的断裂韧度Kk^m。     

砂浆断裂过程区的研究

对砂浆三点弯曲加载梁试件载荷-裂纹口张开位移-初始裂纹尖端张开位移-沿初始裂纹及韧带直线方向若干点张开位移全曲线进行了研究.结果表明,在该全曲线下降段沿初始裂纹及韧带直线方向张开位移近呈线性分布;裂纹口张开位移与平均裂纹张开角呈线性关系,该关系不决定于初始裂纹相对长度,但决定于试件高度.提出断裂过程区长度估计值公式,证实了临界应力强度因子的初始裂纹长度和试件高度尺寸效应来源于试件在最大荷载及加载过程中断裂过程区长度的产生和变化.     

钢绞线与超高性能混凝土的锚固长度研究

通过12组(36个)钢绞线与超高性能混凝土(UHPC)黏性试件的中心拉拔试验,重点分析劈裂滑移破坏型试件在全过程中的破坏模式及作用机理,并探讨保护层厚度和锚固长度等参数对极限荷载的影响规律,通过最小二乘法拟合出保护层厚度为两倍钢绞线直径时的极限黏结强度与锚固长度的计算式。分析表明:钢绞线与UHPC之间黏结破坏时的裂纹数量和裂纹宽度明显较与普通混凝土之间的小;加入钢纤维可以遏制裂纹发展,提高劈裂强度;保护层厚度和锚固长度增加时极限荷载也增加,采用二次多项式拟合法得到了钢绞线在UHPC中的临界锚固计算式并建议锚固长度取为35d。