混凝土Ⅰ型、Ⅱ型斷裂參數(shù)確定的研究.pdf

1、本文結(jié)合水電水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5332-2005《水工混凝土斷裂試驗(yàn)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為《規(guī)程》)的制定和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于粘聚力的混凝土Ⅱ型與復(fù)合型雙K斷裂準(zhǔn)則及其參數(shù)確定(50178015)”，對(duì)混凝土Ⅰ型、Ⅱ型斷裂參數(shù)確定開(kāi)展了如下的研究工作： 1.混凝土起裂荷載的確定、斷裂韌度的尺寸效應(yīng)和形狀效應(yīng)是《規(guī)程》制定過(guò)程中的重要問(wèn)題。為了對(duì)《規(guī)程》的制定提供更充足的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，受編制組委托，分析了最大尺寸為S×D×B=2

2、200×550×240mm3的三點(diǎn)彎曲梁試件和最大尺寸為2H×D×B=1200×1200×250mm3的楔入劈拉試件共140個(gè)不同級(jí)配及濕篩法大壩混凝土試件的斷裂試驗(yàn)。結(jié)果表明：電阻應(yīng)變片法測(cè)定起裂荷載的方法可行：三點(diǎn)彎曲梁法所測(cè)得的混凝土雙K斷裂韌度值無(wú)明顯的尺寸效應(yīng)；采用《規(guī)程》規(guī)定的楔入劈拉加載方式所測(cè)得的混凝土斷裂韌度值表現(xiàn)出一定程度的尺寸效應(yīng)；在相同配合比、相同高度條件下，兩種試件測(cè)定的雙K斷裂韌度值無(wú)明顯的差異。 2

3、.分析了《規(guī)程》規(guī)定的楔入劈拉加載方式所測(cè)得的混凝土斷裂韌度值表現(xiàn)出一定程度的尺寸效應(yīng)的原因是豎向分荷載Pv引起的附加力矩Mv對(duì)試件裂縫端部應(yīng)力場(chǎng)和斷裂參數(shù)計(jì)算具有影響，提出了在試件寬度1/4處施加楔入荷載以消除此影響從而測(cè)得混凝土真實(shí)斷裂參數(shù)的新的試驗(yàn)方法——楔入式緊湊拉伸斷裂試驗(yàn)方法。 3.使用雙K斷裂模型韌度三參數(shù)定律確定混凝土起裂韌度時(shí)，韌度增值KcIc的計(jì)算無(wú)論是積分計(jì)算方法還是簡(jiǎn)化計(jì)算方法都較復(fù)雜。為了《規(guī)程》在工程

4、界的推廣使用，提出了韌度增值KcIc的二元拉格朗日插值計(jì)算方法。通過(guò)與積分和簡(jiǎn)化計(jì)算方法比較，表明此插值計(jì)算方法具有很高的精度，計(jì)算過(guò)程得到進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，使用計(jì)算器即可實(shí)現(xiàn)，非常便于工程人員實(shí)際使用。 4.采用國(guó)際上新近提出的兩端切口Ⅱ型斷裂試件開(kāi)展了混凝土Ⅱ型斷裂試驗(yàn)，分析研究了試件的破壞機(jī)理。試驗(yàn)觀測(cè)到裂縫起裂角θ0約為0(o)，且沿著韌帶方向擴(kuò)展：裂縫尖端韌帶出現(xiàn)具有典型剪切特征的混凝土碎片，表明發(fā)生了剪切破壞模式。由試驗(yàn)

5、測(cè)定的曲線(xiàn)上的特征點(diǎn)確定臨界荷載，進(jìn)而由此試件幾何相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子公式計(jì)算出混凝土Ⅱ型斷裂韌度。試驗(yàn)表明，兩端切口Ⅱ型斷裂試件是進(jìn)行混凝土Ⅱ型斷裂試驗(yàn)及測(cè)試混凝土KⅡc合適的試件形式。 5.基于課題組近年研究的基礎(chǔ)上，提出了一種進(jìn)行混凝土Ⅱ型斷裂試驗(yàn)的初始無(wú)切口半邊對(duì)稱(chēng)加載新的試件形式及其應(yīng)力強(qiáng)度因子解析公式。此試件由于剪切應(yīng)力集中在名義韌帶端部區(qū)域形成剪切微裂區(qū)；當(dāng)微裂區(qū)尖端Ⅱ型應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)到混凝土Ⅱ型斷裂韌度時(shí)，試件發(fā)生

6、Ⅱ型斷裂破壞。因此，初始無(wú)切口半邊對(duì)稱(chēng)加載試件斷裂破壞機(jī)理與兩端切口半邊對(duì)稱(chēng)加載試件破壞機(jī)理本質(zhì)上是相同的。 6.試驗(yàn)觀察到混凝土Ⅱ型斷裂過(guò)程可分為三個(gè)明顯的階段：裂縫起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)破壞，本文引入起裂斷裂韌度KiniⅡc和失穩(wěn)斷裂韌度KunⅡc兩個(gè)斷裂參數(shù)來(lái)描述混凝土結(jié)構(gòu)Ⅱ型斷裂裂縫起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)破壞全過(guò)程，建立了判定混凝土結(jié)構(gòu)Ⅱ型斷裂破壞的Ⅱ型斷裂雙K斷裂準(zhǔn)則，即：KⅡ=KiniⅡc時(shí)，裂縫起裂；KiniⅡc＜KⅡ