由三点弯曲试验确定混凝土断裂参数

【摘要】：粘聚裂纹模型(FCM)可以很好地描述混凝土内裂尖过程区的力学性能。受粘聚裂纹影响的材料特性包括开裂强度、抗拉强度和应力-裂纹宽度关系等。裂纹的扩展由开裂强度决定。本论文基于粘聚裂纹模型,采用逆分析的方法,由三点弯曲试验结果,逆推应力-裂纹宽度(σ-w)关系,同时确定抗拉强度、断裂能等断裂参数。计算过程由计算机程序完成,并最终设计出基于 Windows 的封闭化应用程序。 这种确定混凝土断裂参数的方法其优点在于只需要简单的位移控制试验机完成弯曲试验,同单轴抗拉试验相比更容易实现。在应力-裂纹宽度关系的逆推过程中使用了两种不同的准则:开裂强度准则和断裂韧性准则。这两种准则求解断裂参数的基本思路相同,但判定混凝土内裂纹扩展的条件不同。论文详细叙述了两种准则的计算原理及推导过程,并比较了二者计算结果的差异。当以这两种准则为内核设计出基于 Windows 的应用程序后,只需在用户操作界面输入试件的基本参数,就可根据三点弯曲试验获得的荷载-裂纹口张开位移(Load-CMOD)曲线求得相应的应力-裂纹宽度关系等混凝土的基本断裂参数,可以显著提高效率,节省时间。 作为计算程序的应用,本论文还研究了粗细骨料比例、骨料体积含量、骨料粒径对于混凝土断裂参数的影响,同时对混凝土抗弯性能的尺寸效应进行了研究。研究结果表明:(1)多段线性函数能够准确地表征混凝土σ-w 关系。混凝土材料σ-w 关系受骨料及水泥石强度的影响显著;(2)开裂强度几乎不受骨料的影响,却受水泥石强度的影响,水泥石强度越高,开裂强度越大;(3)抗拉强度、抗弯强度与断裂能均受骨料及水泥石强度的显著影响;(4)混凝土梁的抗弯强度、临界裂纹长度、临界裂纹口张开位移等抗弯性能参数都具有明显的尺寸依赖性,σ-w 关系对于这些参数的尺寸效应的影响十分显著。