含V型切口素混凝土梁斷裂特性研究.pdf

1、實際工程中由于工程設(shè)計需要需要往往存在大量含尖銳V型切口的混凝土構(gòu)件，盡管目前的斷裂模型較多，但都用于有機玻璃、金屬材料和復(fù)合材料，關(guān)于混凝土這種準脆性材料的研究往往是討論直裂縫的情況；目前國內(nèi)以及國外的應(yīng)力強度因子手冊給出的都是直裂縫的強度因子，關(guān)于切口的強度因子手冊尚未修訂，因此關(guān)于混凝土含尖銳V型切口混凝土構(gòu)件的破壞研究對于實際工程應(yīng)用具有非常重要的指導(dǎo)意義，同時也是十分迫切的。
　　近幾年，兩種新型破壞準則包括應(yīng)變能密度準

2、則（SED）和有限斷裂力學準則（FFM）基于切口應(yīng)力強度因子計算詳細討論了含尖銳V型切口素混凝土梁的破壞。目前所稱的有限斷裂力學是由 Carpinteri等所提出的針對脆性或準脆性材料斷裂問題的耦合應(yīng)力與能量準則的失穩(wěn)準則，該準則克服了應(yīng)力準則只適用于無裂縫體試件，能量準則只適用于試件內(nèi)部含有足夠大的裂縫的缺點。平均能量密度準則最早是在2001年被Lazzarin–Zambardi等提出，是基于將圍繞V型切口的控制體內(nèi)的應(yīng)變能量密度平均

3、值作為關(guān)鍵參數(shù)，考慮V型切口附近的足夠小的體積內(nèi)，它的能量密度值為有限大，就可以把問題就轉(zhuǎn)化為求材料和荷載類型的特征體積。平均應(yīng)變能量密度準則與局部應(yīng)力準則相比，它的主要優(yōu)點在于網(wǎng)格具有獨立性，對一個控制體積上的網(wǎng)格細分并不敏感，而局部準則比如最大周應(yīng)力準則、流體靜應(yīng)力準則和偏應(yīng)力準則等都需要準確的應(yīng)力場計算。本文將平均能量密度準則和有限斷裂力學準則應(yīng)用于含尖銳V型切口素混凝土梁的切口應(yīng)力強度因子分析，建立了廣義斷裂韌度與切口應(yīng)力強度因

4、子的函數(shù)關(guān)系，得到有限斷裂力學準則和平均應(yīng)變能量密度準則預(yù)測含不同V型切口角度和含不同V型切口深度的混凝土梁抗彎承載力的預(yù)測公式，通過本文設(shè)計的含V型切口角度不同和開口角度相同但縫高比不同的含尖銳V型切口素混凝土梁試件實驗所得結(jié)果證實了本文給出的理論預(yù)測公式的有效性。
　　為了更深入的研究含V型切口構(gòu)件的破壞機理，本文還對含V型切口試件的斷裂過程區(qū)尺寸進行測量，探討斷裂過程區(qū)尺寸與V型切口角度的變量關(guān)系，并且探討斷裂過程區(qū)尺寸與縫

5、高比之間的關(guān)系。最后本文還對有限斷裂力學和平均應(yīng)變能量密度準則給出的含V型切口試件的應(yīng)力強度因子進行了對比，發(fā)現(xiàn)兩取值非常接近。
　　本文將進行的工作包括：1）采用數(shù)字圖像相關(guān)法觀測了五組含直裂縫和五組含V型切口試件的斷裂過程區(qū)尺寸，探討斷裂過程區(qū)（FPZ）與縫高比、V型切口角度的變化規(guī)律，并研究了起裂荷載與縫高比、V型切口角度的關(guān)系；2）基于有限斷裂力學準則給出的尖銳V型切口強度因子和有限距離計算公式，通過計算V型切口形狀函數(shù)，

6、進一步得到通過兩種含特殊V型切口角度素混凝土梁的極限抗彎承載力預(yù)測其余角度極限承載力大小的方法，本文將通過制作四種縫高比分別為0.2、0.3、0.4的試件，其中每種縫高比的試件包含開口角度?????0、60、90、120、180來進行三點彎曲實驗來驗證，除此之外還引用相關(guān)文獻數(shù)據(jù)進行驗證；3）通過相關(guān)文獻數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)驗證兩種有限斷裂力學和平均應(yīng)變能量密度準則預(yù)測的切口應(yīng)力強度因子的有效性?；谄骄鶓?yīng)變能量密度準則給出的切口應(yīng)力強度因子