超高韧性水泥基复合材料疲劳裂纹扩展速率影响因素研究

依据疲劳裂缝扩展规律的Paris公式,采用尺寸为80mm×150mm×700mm和100mm×100mm×400mm及裂缝缝高为50mm和60mm的试件,进行试验探究裂纹扩展速率的相关影响因素,即荷载幅值、缝高比等对裂纹的扩展速率的影响。结果表明:荷载幅值、缝高比等因素都对疲劳裂纹的扩展有较大影响,同时得出疲劳裂缝覆盖面积A的变形趋势与最大CMOD基本趋于一致,随着荷载循环次数的增加呈现出五阶段发展。     

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。     

超高韧性水泥基复合材料疲劳裂纹扩展规律研究

为了研究影响超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)疲劳裂纹扩展规律的因素,进行了试验研究。通过调整UHTCC动态断裂试验的加载条件和试验参数得到荷载幅值、加载频率和缝高比对疲劳裂纹扩展速率的影响关系。并通过试验数据拟合,确定了缝高比分别为0.33、0.40的疲劳裂纹扩展公式参数。试验结果表明:加载条件中,荷载幅值对疲劳裂纹扩展速率影响最大,荷载幅值越大,裂纹扩展速率越大;加载频率增大时,裂纹扩展速率趋于减小;在一定范围内,初始缝高比越大,疲劳裂纹扩展速率越大。     

钢丝裂纹扩展估算模型及其在预腐蚀疲劳寿命计算中的应用

为给桥梁缆索高强度钢丝损伤容限分析提供实用的裂纹扩展计算参数,根据钢材相关试验的结果统计了珠光体钢丝门槛值ΔKth和裂纹扩展计算数据,建立适用于不同屈服强度和应力比的钢丝裂纹扩展经验模型。在此基础上,提出基于一维裂纹扩展假定的预腐蚀钢丝疲劳寿命预测方法,并对锈蚀钢丝恒幅和变幅疲劳寿命进行实例分析。结果表明,珠光体钢材的屈服强度和门槛值之间的相关性随着屈服强度和应力比的提高而增强|提出的钢丝裂纹扩展模型和初始裂纹深度假定可较好地模拟腐蚀钢丝恒幅疲劳试验的离散性和疲劳极限性质|腐蚀钢丝变幅疲劳评估结果对门槛值变化较敏感|按保守门槛值的预测寿命显示,轻微均匀锈蚀钢丝若及时采取养护措施,可在桥梁常规检修期内继续使用。     

超高性能水泥基复合材料动态断裂下承载能力和刚度退化分析

针对超高性能水泥基复合材料和基体砂浆,采用三点弯曲梁进行不同种类纤维、不同尺寸以及不同初始缝高比的静载断裂试验。并且在静载断裂试验的基础上进行初步动态断裂试验。依据双K断裂准则计算断裂参数,分析初始缝高比和不同种类纤维对断裂韧度的影响。研究动态断裂作用下超高性能水泥基复合材料承载能力和刚度的退化规律。试验结果表明:随着初始缝高比的增大,超高性能水泥基复合材料和基体砂浆的起裂断裂韧度表现为不变的趋势,失稳断裂韧度增加。进口纤维在改善极限荷载和增韧效果方面作用明显,国产纤维极限荷载的改善效果优于增韧效果。经过动态断裂作用的超高性能水泥基复合材料承载能力和刚度均有所下降;不带裂缝试件在整个疲劳过程中刚度退化不明显,带裂缝试件在疲劳过程中刚度退化过程可描述为:快-慢-快三个过程。     

抗硫酸盐水泥混凝土的合理试件尺寸选取

采用两种不同尺寸的混凝土试件进行室内混凝土抗硫酸盐腐蚀性快速破坏试验,寻求适用于室内混凝土抗硫酸盐腐蚀性快速破坏试验的最合理的混凝土试件尺寸。结果表明：采用尺寸为100mm×100mm×400mm的混凝土试件比采用尺寸为40mm×40mm×160mm的混凝土试件进行抗硫酸盐腐蚀性快速破坏试验的试验结果具有较好的准确性,所以进行混凝土抗硫酸盐腐蚀性室内快速破坏试验时选取100mm×100mm×400mm的试件尺寸较为合理。     

盐渍土地区混凝土耐久性试验用试件尺寸的评价

采用2种不同尺寸的混凝土试件进行室内混凝土耐久性快速破坏试验,寻求适用于室内混凝土耐久性快速破坏试验的最合理的混凝土试件尺寸。结果表明:采用尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的混凝土试件比采用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm的混凝土试件进行耐久性快速破坏试验的试验结果具有较好的准确性。     

粉煤灰混凝土抗硫酸盐腐蚀性的试件尺寸评价

采用两种不同尺寸的混凝土试件进行室内混凝土抗硫酸盐腐蚀性快速破坏试验,寻求适用于室内混凝土抗硫酸盐腐蚀性快速破坏试验的最合理的混凝土试件尺寸。结果表明:采用尺寸为100mm×100mm×400mm的混凝土试件比采用尺寸为40mm×40mm×160mm的混凝土试件进行抗硫酸盐腐蚀性快速破坏试验的试验结果具有较好的准确性。     

钢筋蚀坑对其疲劳断裂特性的影响

基于降载勾线法,对人工钻孔模拟蚀坑的3根HPB300钢筋试件开展了疲劳裂纹扩展试验,并结合FRANC3D软件对钢筋疲劳裂纹扩展规律进行了数值分析.在此基础上,以不同应力幅值对12种尺寸的半椭圆形蚀坑钢筋模型的裂纹扩展过程进行了数值分析.结果表明:钢筋裂纹扩展速率前期缓慢增长,后期迅速增大;初始裂纹深度较大的钢筋疲劳寿命明显缩短;初始裂纹深宽比越大的钢筋疲劳寿命越短;应力幅值增大会使缺陷钢筋疲劳寿命缩短,并且初始裂纹深宽比越大的钢筋,其后期裂纹扩展速率增长越快,疲劳寿命缩短越明显.     

疲劳裂缝扩展规律及随机荷载作用下的计算机模拟

本文从疲劳裂缝扩展规律和荷载的随机性两个方面来研究钢结构疲劳问题。依据16Mn钢母材、焊缝、熔合线和热影响区等部位裂缝扩展速率的测定结果,建立了门槛值和扩展速率公式,并用它来分析钢结构的疲劳性能。 经统计分析建立疲劳荷载的概率模型,并用统计模拟法(Monte-Carlo法)产生相应伪随机荷载序列。在随机加载试验的基础上,建立考虑高、低应力相互作用的裂缝扩展物理模型和计算公式,提出了计算随机疲劳寿命的程序。 为简化计算,对焊接结构,本文从裂缝扩展门槛值得出截止应力,并从断裂分析导出了随机荷载的等效常应力幅公式。这样便可先按常幅条件计算疲劳寿命,然后再考虑非线性累积损伤的影响,计算值与试验结果相吻合,故可供工程设计应用。     

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。     

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。     

灰岩平板试件变形破坏过程的实验观测研究

利用扫描电镜实时观测系统,研究了带预制割缝灰岩平板试件受单轴压缩时微裂纹的萌生、扩展和连通过程。实验所用灰岩平板试件尺寸为25 mm×13 mm×1.1 mm,试件中心预制一直径为3.0 mm的圆孔或一长轴与外载方向成不同角度(30°,45°或60°)的割缝,割缝长约6 mm,宽约1 mm。在扫描电镜的观察下,灰岩试样受到准静态单轴压缩。用照相的方法记录了试件受力产生变形和微裂纹扩展过程中的表面图像。将实验观测的微裂纹扩展结果与大理岩和砂岩中的裂纹扩展过程进行对比,发现次生裂纹的萌生部位与大理岩和砂岩中比较一致,但灰岩中的裂纹发育较单一。用NOLM程序中的低抗拉应变软化本构模型对实验结果进行了有限元模拟计算,将计算结果与实验观测结果进行对比,两者吻合较好。     

混杂纤维混凝土断裂性能试验研究

本文通过15个尺寸为100mm×100mm×400mm的混杂纤维混凝士带缺口试件的断裂试验,探讨了钢纤维与聚丙烯粗纤维的混杂效应及其对混凝土裂缝亚临界扩展量、裂口尖端位移临界值、断裂韧度和断裂能的影响.试验结果表明,加入纤维可显著改善混凝土的断裂性能.     

基于楔入劈拉测试方法的全级配大坝混凝土裂缝扩展试验研究

为了研究全级配大坝混凝土裂缝扩展机理,针对3组不同缝高比的全级配大坝混凝土带缺口立方体试件开展了楔入劈拉试验,同时采用数字图像相关方法测量试件表面位移。结果表明：峰值荷载随着初始缝高比的增大而减小。虚拟裂缝长度在裂缝尖端位移达到临界值时达到最大,且随着初始缝高比的增大而减小。宏观裂缝扩展速度和有效裂缝长度随着初始缝高比的增大而减小。有效裂缝长度随着骨料粒径增加而增加,且增长倍数随骨料粒径和试件有效高度的增大而增大。     

初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响

为了研究初始缝高比对碾压混凝土的断裂性能的影响,制作了初始缝高比为0.4、0.5、0.6共18个楔入劈拉碾压混凝土试件并进行了断裂试验,得到了不同初始缝高比试件的有效裂缝长度、起裂断裂韧度和失稳断裂韧度等断裂参数,分析了初始缝高比对碾压混凝土断裂性能的影响。结果表明:在不同初始缝高比的条件下,起裂断裂韧度的值变化较小,可认为是材料的固有参数;失稳断裂韧度随初始缝高比的增大而增大,但也逐渐趋于平缓;起裂断裂韧度与失稳断裂韧度的比值随着初始缝高比的增加维持在0.38左右;相同尺寸下,初始缝长越小,裂缝亚临界扩展量越大,试件韧性越好。     

各种级配大坝混凝土双K断裂参数试验研究——兼对《水工混凝土断裂试验规程》制定的建议

为配合水工混凝土断裂试验规程在我国的制定,提供更充足的基础数据,受规程编制组委托,进行了最大尺寸为S×D×B=2200 mm×550 mm×240 mm的三点弯曲梁试件和最大尺寸为2H×D×B=1200 mm×1200 mm×250mm的楔入劈拉试件共140个试件的断裂试验。通过电阻应变片,测得不同布置测点荷载应变变化曲线,由此确定了不同级配及湿筛法大坝混凝土实测的起裂荷载和失稳荷载,计算了双K断裂韧度参数,讨论分析了双K断裂参数的尺寸效应和形状效应。结果表明:电阻应变片法测定起裂荷载的方法可行,Pini/Pmax=0.6￣0.85;三点弯曲梁法所得混凝土双K断裂韧度值无明显的尺寸效应;楔入劈拉试件由于竖向加载荷载PV引起附加力矩MV对裂缝尖端应力场的影响,导致所得混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应,但当采取措施消除此影响或此影响较小时,楔入劈拉试件的断裂韧度值也将无明显的尺寸效应;在相同配合比、相同高度条件下,不同试件形式的双K断裂韧度值无明显的差异。因此,可认为混凝土双K断裂参数是描述混凝土结构裂缝起裂及失稳断裂过程的材料常数,与试样类型和尺寸无关。     

多孔质火山岩透水混凝土试验研究

采用多孔质火山岩为骨料制作了不同孔隙率的透水混凝土试件,研究了孔隙率对抗压强度、透水系数的影响;制作了尺寸为100mm×100mm×100mm,100mm×100mm×150mm和?113mm×150mm的透水混凝土试件,研究了透水厚度、试件形状对透水系数的影响。试验表明:透水混凝土28d抗压强度与实测孔隙率满足线性递减关系;7d透水系数与实测孔隙率满足线性递增关系;透水厚度与透水系数无直接关联;试件的形状与透水系数有关,在透水面积相同的条件下,圆柱体试件比立方体试件透水系数高约10%。     

腐蚀钢管损伤特性的声发射试验研究

钢管腐蚀损伤的主要表现为萌生裂纹、钢管产生局部皱曲。对钢管的损伤程度进行有效评估的方法之一是找出裂纹萌生的规律。本试验的研究对象为直径700 mm、壁厚5 mm、高260 mm的Q235钢管试件,采用声发射技术对腐蚀后的钢管试件进行轴压实时检测。通过建立声学参数(累计振铃数和幅度值)与钢管试件损伤程度的关系,得到钢管腐蚀损伤后产生的裂纹扩展规律和起裂荷载值。通过分析加载点位移与声学参数的关系曲线呈现出不同变化特征,检测出钢管损伤的一般位置和测定起裂荷载的确切数值p。试验结果为进一步研究钢管试件损伤机理提供了一定依据。     

考虑尺寸、边界效应和裂纹扩展的单向间隔诱导缝等效强度模型

对失稳断裂韧度的尺寸、边界效应及有效裂纹扩展量开展深入探讨,研究不同尺寸非标准试件之间的失稳断裂韧度尺寸、边界效应和反映实际规律且具有实际物理意义的有效裂纹扩展量,基于上述讨论,建立考虑上述影响因素的单向间隔诱导缝等效强度模型,同试验结果对比发现,模型具有较好精度,可作为大体积混凝土单向间隔诱导缝等效强度的推荐公式.