建筑用高强钢厚板在高应力三维度下的断裂模式

为研究高强钢厚板在高应力三维度下的断裂模式,对18个厚度为26mm的Q345钢缺口板进行了拉伸断裂试验和基于结构钢椭球面断裂模型及偶联屈服模型的数值分析.结果显示:高强钢厚板缺口板在几何变化剧烈、应力高度集中的缺口根部断裂;缺口根部刻弧半径和缺口宽度愈小的试件;断裂延性愈差;断裂指数的分布规律和应力三维度具有较高的关联度,位于板厚中面的缺口根部应力三维度最高,是裂纹起裂点;当应力三维度介于0.43~0.72时,高强钢厚板的等效断裂应变和应力三维度较好地遵循幂函数演化.     

结构钢V形缺口板断裂试验

对25个结构钢V形缺口板试件进行断裂试验。试验表明:裂纹起始于受三轴强约束的V形缺口厚度心部,随后沿厚度方向扩展,裂纹贯通后迅速沿宽度发展,宏观裂纹大致垂直于载荷方向,单缺口试件断裂延性略高于双缺口试件,薄板断裂延性明显高于厚板。断口呈暗灰色,断口大量韧窝显示出明显的剪切断裂痕迹,断裂类型为正断和剪断混合型断裂,显示了断裂的定性规律。从整体上看,试验数据离散性较小,为研究结构钢断裂机理及抗断理论提供了可靠的试验依据。     

中等厚度开孔板和缺口板断裂试验

对中等厚度的10个中心开椭圆孔板件和10个单侧半椭圆缺口板件进行断裂试验,研究开孔和缺口尖锐度对中等厚度钢板断裂模式的影响。试验较精确地记录了全程载荷-位移曲线。试验结果显示:试件的第一条宏观裂纹起始于缺口顶端厚度中面,裂纹在厚度方向贯通后沿垂直加载方向迅速扩展,直至完全断裂。开孔或缺口愈尖锐的试件,其开裂延性愈差。开孔板试件宏观断裂荷载比缺口板试件明显要高。断口粗糙且有大量韧窝,断口暗灰色呈杯锥状,断裂形式为正断与剪断混合型。本次试验为研究中等厚度钢板断裂机理及抗断设防提供了较可靠的试验数据。     

Q235厚钢板开孔板和缺口板断裂试验

对10个中心开椭圆孔和10个单侧半椭圆缺口25mm厚板进行了断裂试验,研究了开孔和缺口尖锐度对厚钢板断裂模式的影响。试验结果显示:试件的初始宏观裂纹形成于缺口顶端厚度中面,裂纹在厚度方向贯通后沿垂直加载方向迅速扩展,直至断裂。开孔或缺口愈尖锐的试件,其开裂延性愈差。断口粗糙呈暗灰色且有韧窝,断裂形式为正断与剪断混合型。本次试验为研究结构钢厚板断裂机理及抗断设防提供了较可靠的试验数据。     

焊材刻痕杆的断裂试验

为研究焊材刻痕杆断裂机理及抗断设防,对10根E43型和10根E50型焊材刻痕杆进行了断裂试验,试验较为精确地记录了全程载荷一位移曲线。试验结果表明：裂纹起始于刻痕根部中心,试件最终断裂于最危险截面即刻痕根部,断口的大量韧窝显示出明显的剪切断裂痕迹,断裂类型为混合型断裂。试验数据离散性较小,为研究焊材断裂机理及抗断理论提供了可靠的试验依据。     

含偏置缺口玄武岩原位三点弯曲细观断裂研究

 通过含偏置缺口的玄武岩试件在扫描电镜(SEM)下的三点弯典实时加载试验,得到不同偏置缺口的荷载–位移曲线以及高倍率裂纹扩展照片。一方面,根据矿物颗粒在岩石中总是以一定三维尺度存在,认为裂纹不仅在表面非线性扩展,而且沿厚度方向也是非线性扩展,结合断裂力学中表面能S的计算公式,给出一个考虑岩石非均值和裂纹纵向非线性扩展的表面能密度表达式,并用这个表达式成功解释裂纹扩展中的一些随机现象;另一方面,通过对不同偏置量的荷载–位移曲线对比分析,给出含偏置缺口玄武岩三点弯典荷载–位移曲线的3个典型阶段,并解释各个阶段的微观机制,提出用偏置量影响系数计算偏置缺口三点弯典试样的断裂性能并给出其计算公式,通过对不同偏置缺口试件峰值荷载以及断裂耗能的分析计算,得到峰值荷载与断裂耗能的偏置量影响系数表达式。     

HRB400钢筋材料疲劳裂纹扩展性能试验研究

以直径40mm的HRB400钢筋为研究对象,采用紧凑拉伸试件,裂纹扩展设计为沿钢筋径向和轴向两个方向,分别开展了应力比为0.02、0.1、0.2、0.3和0.5下的疲劳裂纹扩展速率试验以及疲劳裂纹扩展门槛值的测定试验,得到了不同应力比、不同试件取向下的疲劳裂纹扩展速率参数,测得了疲劳裂纹扩展门槛值。对试件的疲劳断口进行了微观分析,对比了两种试件取向下疲劳裂纹扩展性能的异同。试验结果表明：铁素体/珠光体沿钢筋轴向呈条带状分布;疲劳裂纹扩展速率随应力比的增大而增大,疲劳裂纹扩展门槛值随应力比的增大而减小;径向疲劳裂纹扩展速率曲线在裂纹扩展的初始阶段存在一个转折点,轴向疲劳裂纹扩展性能对应力比的变化更为敏感;钢筋在径向抵抗疲劳裂纹扩展的性能优于轴向方向;径向试件的韧性断裂特征明显,主要以穿晶断裂模式进行扩展,轴向试件脆性断裂形貌显著,主要以沿晶断裂模式进行扩展。     

裂纹非一致起裂对动态断裂韧度确定的影响

为了考察中心圆孔裂缝平台巴西圆盘试件直裂缝非一致性起裂对测试岩石动态断裂韧度带来的影响,在霍普金森压杆冲击系统上对圆盘试件进行冲击试验,获得了端部加载载荷和裂纹前缘不同点的起裂时刻,并借助ANSYS动态有限元分析得到了圆盘试件三维裂纹前缘不同点的动态应力强度因子时间历程曲线,采用实验—数值方法计算得到相应的动态断裂韧度值。结果表明:裂纹前缘点对应动态应力强度因子值沿厚度方向逐渐递增;二维分析方法得到的动态应力强度因子与三维分析方法裂纹前缘中心处的值最为接近,两者的相对误差小于5%,对应确定的动态断裂韧度值相对误差小于1.2%。如果不考虑圆盘厚度影响,假设试件在圆盘表面起裂,由裂纹前缘其它点所求得的动态断裂韧度值与二维方法得到的值相对误差最大可以达到23%,采用二维简化方法存在较大的误差。     

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.     

哑铃形端板连接节点的循环加载试验研究

为研究工程中某梁托柱哑铃形端板连接节点的抗震性能,对3个尺寸一致的外伸无加劲肋哑铃形端板连接节点足尺试件进行了循环加载试验研究。试验结果显示,3个试件的滞回曲线基本一致,均稳定而饱满,试件的层间位移角接近0.07 rad,延性系数大于8.0,由于梁翼缘较薄,试件的破坏模式均为最外排螺栓附近的梁翼缘沿节点域加劲肋水平角焊缝和轧制倒角根部全厚度断裂,且节点域腹板有不同程度的鼓凸。试验结果表明,该类型节点具有良好的抗震性能。     

Experimental study on the static performance of steel reinforced concrete columns with high encased steel ratios

The static performances of 12 steel reinforced concrete (SRC) columns with high encased steel ratios subjected to biaxial bending and axial loadings are studied experimentally. The main design parameters of the specimens in this experiment are the encased steel ratio, axial compression ratio, and shape distribution of the encased steel section. The crack formation, failure processes, bearing capacity, and ductility of the specimens are investigated in detail. The experimental results show that the increased encased steel ratio results in the increased bearing capacity and ductility of the specimens. Furthermore, the stiffness of the specimen degenerates gradually beyond the peak point with an increase in the axial compression ratio. In addition, a more extensive shape distribution of an encased steel section has a positive influence on the ductility of the specimen. A comparison of the yield and peak bearing capacities between the experimental results of this study and the predictions according to Eurocode 4 also highlights that Eurocode 4 would underestimate the bearing capacity of SRC columns with high encased steel ratios because it ignores the confinement of concrete provided from the steel section and hoops and it employs a conservative prediction approach for the simplified axial load‐bending moment curve.     

Q460C高强钢材断裂韧性的弹塑性有限元分析

应用ANSYS软件对Q460C高强钢材标准三点弯试样断裂韧性进行弹塑性数值模拟,验证高强钢材常温下的裂纹敏感性。采用实体单元SOLID95计算刀口张开位移、三向应力分布以及裂纹尖端张开位移CTOD值,表明沿试样厚度方向,CTOD值变化较小,靠近裂纹尖端呈三向拉应力状态,偏离尖端一定距离呈复杂的应力状态,且复杂应力较大限制了裂纹尖端的塑性发展;不考虑低温影响因素时,缺陷对Q460C钢材的影响较大,当裂纹塑性发展后,Q460C钢材表现为较大的缺陷敏感性。     

两种不同加载方法下的混凝土剪切断裂过程对比研究

采用室内试验和数值模拟相结合的方法分析半边对称加载法和四点剪切加载法的联系与区别。首先对不同参数的半边对称加载试件和四点剪切梁分 别进行断裂过程试验,以研究其裂缝扩展形态和断裂韧度;然后通过扩展有限元方法对裂缝尖端应力情况进行分析。结果表明：半边对称加载试件裂缝尖端 剪切应力比垂直于预制缝的张拉应力大得多,裂缝沿着原预制缝方向扩展,断裂韧度与初始缝长无关,但随着试件长度的增加和高度的减小而增大;四点剪 切梁试件裂缝尖端存在大小相当的剪切应力和最大主应力,裂缝起于预制缝尖端,扩展到近加载点位置附近,断裂韧度与试件的几何尺寸无关,随着初始缝 长的增大和近加载点与预制缝截面距离减小而增大。     

Strengthening of old metallic structures in fatigue with prestressed and non-prestressed CFRP laminates

Test results and theoretical considerations on four different configurations of strengthened old steel plates with a centre notch loaded in fatigue are presented in this paper. The main interest of the research was to improve fatigue life by adhesive bonding of CFRP laminates on the steel surface, and this was achieved. Measurements included monitoring of crack growth and strains/stresses in the laminate and adhesive. Results showed that it was possible to lengthen the fatigue life almost four times as long as a reference specimen with non-prestressed laminates, and when prestressing laminates, crack growth was halted completely. A simple fracture mechanics solution was used to predict stop of crack growth for prestressed specimens, and a linear elastic model for stresses in the adherents and adhesive was used for design of the specimens. Both proved their reliability with well prepared and precisely fabricated specimens.     

CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。     

Crack propagation with different radius local random damage based on peridynamic theory

Drawing from the advantages of Classical Mechanics, the peridynamic theory can clarify the crack propagation mechanism by an integral solution without initially setting the factitious crack and crack path. This study implements the peridynamic theory by subjecting bilateral notch cracked specimens to the conditions of no local damage, small radius local damage, and large radius local damage. Moreover, to study the effects of local stochastic damage with different radii on the crack propagation path and Y-direction displacement, a comparison and contact methodology was adopted, in which the crack propagation paths under uniaxial tension and displacement in the Y-direction were compared and analyzed. This method can be applied to steel structures under similar local random damage conditions.     

HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱抗震性能研究

为研究HRB600级钢筋高强高性能混凝土柱的抗震性能，进行了6根大尺寸方形截面(600mm×600mm)混凝土柱在高轴压比条件下的低周反复荷载试验，包括2根HRB600级钢筋普通高强混凝土柱和4根HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱，对比分析了各试件的破坏形态、滞回性能、承载力、刚度退化规律、延性和耗能能力。在试验基础上建立了HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的恢复力模型。研究结果表明：钢纤维可以减小高强混凝土柱的裂缝宽度，有效防止混凝土保护层脱落，减小柱的残余变形，提高柱的震后恢复性能；HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱的变形能力良好，随着钢纤维掺量的增加，高强混凝土柱的位移延性系数逐渐增大；基于试验数据建立的HRB600级钢筋钢纤维高强混凝土柱恢复力模型计算精度良好；该类型柱可较好地满足现行抗震设计规范要求，宜于推广应用。