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光弹贴片法实验研究混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂

韩光翔  
【摘要】: 混凝土的受力特性与裂缝的发展密不可分,混凝土裂缝发展机理及其定量描述是混凝土结构理论的一个基础课题。然而,由于混凝土材料的不均匀性和非线性,其破坏过程并不像脆性材料那样简单,其断裂过程表现为微裂缝萌生、扩展、贯通、直到宏观裂缝产生导致混凝土失稳断裂的过程。同时由于结构或荷载的不对称及材料各向异性等原因,实际结构中的裂缝通常是处于组合应力场下,这就使得裂缝尖端附近的应力场不是单纯的Ⅰ型(张开型)、Ⅱ型(滑移型)或Ⅲ型(撕裂型),而是Ⅰ、Ⅱ型甚至Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型同时存在,这种裂缝称为复合型裂缝。在实际工程中,又以Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝最为常见。因此Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、稳定扩展、失稳扩展全过程及各阶段所对应的断裂参量成为人们普遍关心的内容。 针对这些问题,本文通过光弹贴片法试验,对Ⅰ-Ⅱ复合型断裂裂缝扩展全过程进行研究。本文共采用光弹贴片法对五种尺寸,共19个试件进行了四点剪切试验研究。通过光弹贴片表面彩色条纹的变化,观测Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、稳定扩展、失稳扩展全过程;依据光弹贴片的光学参数及试件的基本力学参数,计算了各试件贴片中每一级条纹代表的应变值;并描述了裂缝扩展过程中裂缝尖端主应变的变化情况。结果表明,对于尺寸相同的一组试件,随着Ⅱ型分量的增加,起裂荷载逐步增大,且临界裂缝扩展量有增大的趋势;对于开缝位置相同,尺寸不同的试件,随着尺寸的增大,起裂荷载相应增加。 另外,根据计算出几种尺寸试件的K_1/K_(IC)和K_Ⅱ/K_(IC)数据,形成实验曲线,并与现有的几种复合断裂理论相比较。结果表明,实验曲线具有明显的尺寸效应,且实验曲线更接近于最大拉应变断裂理论。


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