考虑骨料体积含量影响的混凝土准脆性断裂预测模型及应用

基于对准脆性断裂边界影响模型参数的分析,该文将平均骨料粒径d_ave引入模型中,得到了考虑骨料体积含量及尺寸影响的混凝土准脆性断裂预测模型。模型中的有效裂缝与特征裂纹的比值,明确表征了三分点加载单边切口梁(SENB)试件的尺寸及初始缝长度变化时服从的断裂失效准则;模型中d_ave及分散系数β_ave将影响最大荷载P_max作用下临界微裂纹扩展区的平均虚拟裂纹长度Δa_fic。通过SENB试件在P_max时的受力分析,得到了临界正应力σ_n、有效裂缝长度a_e、拉伸强度f_t及断裂韧度K_IC之间的关系式。通过Amparano的试验结果,当a_fic为0.8~1.4倍d_ave时,采用混凝土准脆性断裂模型能较好预测混凝土拉伸强度及断裂韧度。通过对Δa_fic=1.2d_ave时模型得到的预测曲线与试验结果的对比,证明了模型计算结果的可靠性。考虑骨料体积含量影响的混凝土准脆性断裂模型能基于RILEM规范中三分点加载SENB试验预测混凝土断裂韧度与拉伸强度。     

由小尺寸试件确定混凝土的断裂韧度与拉伸强度

该文利用骨料最大粒径d_max=10 mm,试件高度W依次为60 mm、80 mm、100 mm、140 mm、160 mm,厚度B=40 mm的小尺寸三点弯曲梁试件,来确定无尺寸效应的混凝土断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t。区别于现有尺寸效应模型关注于\     

骨料粒径对混凝土动态拉伸强度及尺寸效应影响分析

骨料粒径是影响混凝土力学性能及破坏机理的重要因素。从细观角度出发,将混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及界面过渡区组成的三相复合材料,考虑细观组分的应变率效应,建立了混凝土动态拉伸破坏行为研究的细观力学分析模型,模拟研究了不同骨料粒径下混凝土动态拉伸破坏行为,并揭示了动态拉伸强度的尺寸效应规律。研究表明:低应变率下骨料不发生破坏,骨料粒径对混凝土动态拉伸破坏模式及拉伸强度影响显著,且拉伸强度的尺寸效应随骨料粒径的减小而削弱;高应变率下裂缝将贯穿骨料,骨料粒径的大小对混凝土动态拉伸强度及尺寸效应影响可忽略。最后,结合应变率效应的影响机制,建立了混凝土拉伸强度的"静动态统一"尺寸效应理论公式,该公式可以较好描述各骨料粒径下混凝土动态拉伸强度与试件尺寸的定量关系。     

基于随机骨料模型的EPS混凝土粒子尺寸效应分析

建立基于随机分布的EPS混凝土细观力学模型,对EPS混凝土的受压损伤破坏过程进行数值模拟,分析EPS混凝土的损伤破坏过程。研究表明,EPS混凝土的损伤破坏有两种形态,即延性破坏和脆性破坏。延性破坏与EPS颗粒的面积占有率、断裂过程区长度有关;脆性破坏与EPS颗粒的面积占有率、粒径大小以及颗粒间距有关。在EPS颗粒面积占有率较低的情况下,EPS混凝土的粒子尺寸效应对混凝土力学性能的影响较明显,在较高面积占有率的情况下,粒子尺寸效应对其影响较小。随着EPS颗粒面积占有率的增加,EPS混凝土损伤破坏由脆性破坏向延性破坏转变。建立基于损伤力学与断裂力学的粒子尺寸效应数学模型,用数值模拟进行验证,发现两者吻合较好。     

混凝土非线性断裂韧度G_(Ic)及其尺寸效应

就混凝土而言，在裂缝失稳扩展前，由于裂缝尖端的微裂区而产生非线性变形并伴有裂缝的亚临界扩展。这种非线性变形与亚临界扩展，使混凝土材料在断裂前吸收更多的能量。本文从试验得出的荷载－位移的非线性曲线出发，求得了材料抵抗裂缝扩展的非线性断裂韧度，并探讨了试件缝高比及高度对的影响。     

铁素体钢断裂韧度尺寸效应的小冲孔试验

对六种不同厚度的试样进行了小冲孔试验,并进行了有限元模拟,此外还通过扫描电镜观察并分析了断裂面的微观结构。试验结果显示,试样的SP断裂变形能和断裂韧度随试样厚度的增大而增大。提出了裂纹起始遵循断裂应变准则及裂纹扩展遵循断裂能密度准则的观点。有限元模拟结果与试验结果基本吻合。断裂面呈典型的韧性断裂特征,试样变形后的半球状外表面布满微小的褶皱状突起和微裂纹。     

骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究

混凝土材料宏观力学行为的非线性及尺寸效应根源于其内部组成的非均质性。考虑材料细观结构非均质性的影响,建立由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的混凝土细观尺度力学模型。对尺寸为150 mm、250 mm、350 mm和450 mm的混凝土立方体模型劈裂抗拉破坏行为进行细观数值模拟,探讨骨料粒径（最大粒径分别为：10 mm、20 mm、30 mm和40 mm）的影响机制,并与试验结果进行对比分析。结果表明：1） 混凝土材料的劈裂抗拉强度随着骨料粒径增大而略微降低,最大骨料粒径达到30 mm左右时,强度降低趋势变缓;2） 四种骨料粒径下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象,相比于大骨料试件,小骨料试件的破坏更具脆性,因而其尺寸效应更显著;3） 混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应行为与 Ba?ant和Weibull提出的尺寸效应理论相吻合。     

混凝土的强度,骨料粒径,韧带高度与断裂能的关系

本文研究了混凝土的抗压强度，骨料最大粒径，韧带高度与断裂能的关系，分别给出了拟合公式在同样试件尺寸下，抗压强度高的混凝土，具有高的断裂能，混凝土的断裂能在所试验的粗骨料粒径范围内，随着粒径的增大而增大，测试的断裂能随韧带高度的增大而提高，最后给出综合公式：ＧＦ＝１７．６６．ｆ＾０．９２５ｃｍ．Ｄ＾０．２７９ｍａｘ．０．７７９４＾１００／Ｈ。拟合率达０．９９３，可很好地估算混凝土的断裂能。     

重组竹横向准脆性断裂的断裂参数

重组竹是一种可再生的绿色建筑结构复合材料,具有结构致密均匀、力学性能高强稳定、尺寸因需而定、原材料利用率高等特点,在工程应用方面前景广阔。为研究重组竹横向准脆性断裂的断裂参数,对不同尺寸重组竹单边缺口(SEN)试样进行三点弯曲断裂试验,基于边界效应模型（BEM）,引入平均粒径G这一重要的细观结构参量,建立重组竹细观结构与宏观力学性能之间的关系,由试验得到的峰值荷载P_max计算重组竹横向准脆性断裂的断裂参数,包括抗拉强度f_t和断裂韧度K_IC。经正态分布分析得到重组竹断裂参数均值μ_f和μ_K,且在具有96%可靠性范围几乎覆盖了全部试验离散点,结果如下:f_t=μ_f=216.36 MPa,K_IC=μ_K=16.76 MPa·m1/2。并利用实验室常规尺寸试样预测重组竹断裂参数,与试验结果之间的误差仅为3.17%。此外,随着重组竹试样缝高比α的增加,其断裂参数先增大后减小。      

基于细观模拟的轻骨料混凝土动态压缩破坏及尺寸效应分析

轻骨料混凝土由于其轻质及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,采用塑性损伤本构关系模型,考虑应变率效应的影响,建立了对应的细观随机骨料模型,研究了轻骨料混凝土在动态压缩作用下的破坏行为及尺寸效应规律。发现：随着应变率的增加,惯性效应逐渐成为主导效应,动态压缩强度的尺寸效应逐渐被削弱,达到临界应变率时,尺寸效应被完全抑制。此外,结合率效应影响机制与规律,揭示了轻骨料混凝土动态压缩强度的尺寸效应机理,建立了“静动态统一”的尺寸效应半经验-半理论公式。     

考虑温度影响的混凝土微观断裂模型

该文以各组分体积不变为准则建立了考虑温度影响的混凝土三相微观断裂球体模型。将混凝土组成简化为骨料,水及水泥浆体,并以模型中各层模拟;认为高温下混凝土的断裂为模型中间层水汽蒸发逸出的结果。通过气体状态方程分析了模型内部气压随温度的变化,并研究了骨料和水泥浆体层的应力状态。分析了含圆盘形裂纹的混凝土的可释放弹性能和表面能,并根据Griffith断裂准则给出了混凝土断裂韧性随温度的变化规律。对该文模型进行数值模拟,并与相关试验结果对比,结果证明了该文模型能够有效地计算高温下和高温后混凝土的断裂韧性。同时分析发现:随着温度的升高,混凝土可释放弹性能增大而开裂时的裂纹初始长度将减小。     

基于边界效应理论确定热轧碳素钢的韧度与强度

该文研究确定热轧碳素钢的材料韧度与强度特性,提出一种确定热轧碳素钢材料的断裂韧度与屈服强度的模型及方法。建立了等效裂缝长度、名义应力等具体设计参数的计算表达式。通过相同尺寸而不同初始缝高比的单边拉伸Q235B热轧碳素钢板的系列试验,证明所提模型及方法的合理性与适用性。所提模型及方法只需由小尺寸单边裂缝钢板的拉伸试验测得的屈服荷载,即可同时确定出热轧碳素钢平面应力条件下的断裂韧度K_C及屈服强度σ_Y。采用该文所提方法确定热轧碳素钢的材料特性,试验试样不需要满足现行国内外规范对试验试样尺寸、型式,加载条件等的严格规定,试样不需要预制疲劳裂纹。     

高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪模型分析

根据集中荷载作用下8根剪跨比0.26~1.04、跨高比为2和3的LC40级高强轻骨料混凝土简支深受弯构件受剪性能试验结果,重点分析了该类混凝土深受弯构件的破坏过程与破坏形态。在试验研究的基础上,建立了基于软化拉-压杆模型计算理论的高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪承载力计算模型,并应用该模型完成了22组该类构件受剪承载力试验计算与我国GB50010-2010、ACI318-08、CSA和EC2等现有规范计算结果及软化拉-压杆模型计算结果的对比分析。分析表明：高强轻骨料混凝土深受弯构件破坏形态分为剪切破坏和弯剪破坏两种,剪跨比λ≤1,其受剪承载力基本由混凝土斜压杆控制,软化拉-压杆模型计算结果接近试验值,与现行规范计算结果相当,但软化拉-压杆模型有明确的力学模型,能够合理反映深受弯构件受力机理。     

混凝土劈裂抗拉强度和弯曲抗压强度尺寸效应的细观数值分析

混凝土作为非均质材料,其材料性能存在随试件几何尺寸变化的尺寸效应。该文在细观层次上将混凝土看作由粗骨料、砂浆和二者界面过渡区组成的三相复合材料,采用刚体弹簧元数值方法模拟了混凝土的劈裂抗拉强度和弯曲抗压强度的尺寸效应,并与已有的试验结果进行了对比验证。结果表明：劈裂加载的试件破坏形态和劈裂抗拉强度与试验结果均具有良好的一致性,并且小尺寸试件所表现出的尺寸效应要明显于大尺寸试件;对不同尺寸四点弯曲钢筋混凝土梁开展细观数值分析得到跨中截面混凝土的弯曲抗压强度,随着梁有效高度的增加,名义弯曲抗压强度整体上呈现降低的趋势,但当梁有效高度大于240mm时趋于稳定。     

粗细骨料比例和水泥石强度对混凝土断裂参数的影响

骨料对于混凝土断裂性能的影响是近年来各国学者普遍关心的课题。采用基于粘性裂纹模型(FCM)的数值分析方法,通过三点弯曲试验,评价了粗细骨料比例(砂率:0.30-0.67)及水泥石强度(混凝土抗压强度:40-80MPa)对混凝土断裂参数的影响。这些参数包括抗拉强度、抗弯强度、应力-裂纹宽度关系和断裂能。研究结果表明,骨料总量一定而粗骨料含量不同时,抗压强度几乎不受影响,而随粗骨料含量增加,抗拉强度、抗弯强度和断裂能均逐渐增大。同时,水泥石强度增高,开裂强度、抗拉强度、抗弯强度和断裂能均增大。