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《大连理工大学》 2009年
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混凝土Ⅰ型、Ⅱ型断裂参数确定的研究

高洪波  
【摘要】: 由于混凝土材料内部缺陷和施工阶段以及使用阶段各种因素的作用,混凝土结构尤其是大体积混凝土结构不可避免出现裂缝。因此,正确评估裂缝的稳定性、安全性,进而对混凝土结构进行合理的维修和加固,以及提高混凝土材料和大体积混凝土结构设计水平,一直是工程界和学术界极为关注的问题。而在混凝土建筑物设计阶段对混凝土拌和物设计和结构选型的抗裂设计,以及对已建混凝土建筑物出现的裂缝进行评估时,首先均需测定混凝土断裂韧度参数。基于此,本文结合水电水利行业标准DL/T5332-2005《水工混凝土断裂试验规程》(以下简称为《规程》)的制定和国家自然科学基金项目“基于粘聚力的混凝土Ⅱ型与复合型双K断裂准则及其参数确定(50178015)”,对混凝土Ⅰ型、Ⅱ型断裂参数确定开展了如下的研究工作: 1.混凝土起裂荷载的确定、断裂韧度的尺寸效应和形状效应是《规程》制定过程中的重要问题。为了对《规程》的制定提供更充足的基础数据,受编制组委托,分析了最大尺寸为S×D×B=2200×550×240 mm~3的三点弯曲梁试件和最大尺寸为2H×D×B=1200×1200×250mm~3的楔入劈拉试件共140个不同级配及湿筛法大坝混凝土试件的断裂试验。结果表明:电阻应变片法测定起裂荷载的方法可行;三点弯曲梁法所测得的混凝土双K断裂韧度值无明显的尺寸效应;采用《规程》规定的楔入劈拉加载方式所测得的混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应;在相同配合比、相同高度条件下,两种试件测定的双K断裂韧度值无明显的差异。 2.分析了《规程》规定的楔入劈拉加载方式所测得的混凝土断裂韧度值表现出一定程度的尺寸效应的原因是竖向分荷载P_V引起的附加力矩M_V对试件裂缝端部应力场和断裂参数计算具有影响,提出了在试件宽度1/4处施加楔入荷载以消除此影响从而测得混凝土真实断裂参数的新的试验方法——楔入式紧凑拉伸断裂试验方法。 3.使用双K断裂模型韧度三参数定律确定混凝土起裂韧度时,韧度增值K_(Ic)~c的计算无论是积分计算方法还是简化计算方法都较复杂。为了《规程》在工程界的推广使用,提出了韧度增值K_(Ic)~c的二元拉格朗日插值计算方法。通过与积分和简化计算方法比较,表明此插值计算方法具有很高的精度,计算过程得到进一步的简化,使用计算器即可实现,非常便于工程人员实际使用。 4.采用国际上新近提出的两端切口Ⅱ型断裂试件开展了混凝土Ⅱ型断裂试验,分析研究了试件的破坏机理。试验观测到裂缝起裂角θ_0约为0(?),且沿着韧带方向扩展;裂缝尖端韧带出现具有典型剪切特征的混凝土碎片,表明发生了剪切破坏模式。由试验测定的曲线上的特征点确定临界荷载,进而由此试件几何相应的应力强度因子公式计算出混凝土Ⅱ型断裂韧度。试验表明,两端切口Ⅱ型断裂试件是进行混凝土Ⅱ型断裂试验及测试混凝土K_(Ⅱc)合适的试件形式。 5.基于课题组近年研究的基础上,提出了一种进行混凝土Ⅱ型断裂试验的初始无切口半边对称加载新的试件形式及其应力强度因子解析公式。此试件由于剪切应力集中在名义韧带端部区域形成剪切微裂区;当微裂区尖端Ⅱ型应力强度因子达到混凝土Ⅱ型断裂韧度时,试件发生Ⅱ型断裂破坏。因此,初始无切口半边对称加载试件断裂破坏机理与两端切口半边对称加载试件破坏机理本质上是相同的。 6.试验观察到混凝土Ⅱ型断裂过程可分为三个明显的阶段:裂缝起裂、稳定扩展、失稳破坏,本文引入起裂断裂韧度K_(Ⅱc)~(ini)和失稳断裂韧度K_(Ⅱc)~(un)两个断裂参数来描述混凝土结构Ⅱ型断裂裂缝起裂、稳定扩展、失稳破坏全过程,建立了判定混凝土结构Ⅱ型断裂破坏的Ⅱ型断裂双K断裂准则,即:K_Ⅱ=K_(Ⅱc)~(ini)时,裂缝起裂;K_(Ⅱc)~(ini)K_ⅡK_(Ⅱc)~(un)时,裂缝稳定扩展;K_Ⅱ≥K_(Ⅱc)~(un)时,裂缝失稳扩展。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU528

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【引证文献】
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【参考文献】
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