混凝土斷裂及阻裂理論的研究.pdf

1、混凝土是一種由硬化水泥漿基體、骨料及基體與骨料間的過渡區(qū)組成的多相復合材料，其承載力及性質(zhì)取決于各項的性質(zhì)和它們之間的相互作用。水泥凈漿和水泥砂漿是混凝土的基體成分，了解它們的基本斷裂特性對于研究和提高混凝土材料的斷裂性能具有十分重要的意義。由于混凝土的非均勻多相性，其內(nèi)部不可避免存在空隙、微裂縫等缺陷，而且混凝土的抗拉強度遠小于抗壓強度，自身存在收縮和徐變，這些都是混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因。由于各種因素造成的混凝土開裂，使得實際工程中

2、很多結(jié)構(gòu)都是帶裂縫工作的。近現(xiàn)代大量的試驗研究和工程實踐都表明：混凝土結(jié)構(gòu)開裂幾乎是不可避免的，在現(xiàn)有的經(jīng)濟和技術(shù)水平下科學的要求是將混凝土的裂縫控制在有害程度允許的范圍內(nèi)?；诖?，本文首先研究了混凝土基體材料水泥凈漿和水泥砂漿的斷裂特性，隨后通過在混凝土內(nèi)部不同位置布置鋼筋和在外部澆注UHTCC止裂帶兩種方式分別研究了它們對混凝土的阻裂作用。具體工作如下：
　　 (1)通過對156根不同強度、不同尺寸及不同初始縫高比的水泥凈漿

3、、水泥砂漿和混凝土三點彎曲梁試件的斷裂試驗，得到了荷載一裂縫口張開位移(P-CMOD)全曲線，采用全橋式應變片法測得了試件的起裂荷載，計算得到了起裂韌度的實測值，并分析了各試驗參數(shù)對斷裂韌度的影響。結(jié)果表明，水泥凈漿的斷裂過程并不是人們傳統(tǒng)所認為的脆性斷裂--一經(jīng)起裂便失穩(wěn)破壞，而是像混凝土一樣在斷裂過程中也要經(jīng)過一個穩(wěn)定的裂縫擴展過程才會達到失穩(wěn)破壞。雙K斷裂模型也適用于水泥凈漿和水泥砂漿等混凝土基體材料，且試件尺寸和初始縫高比對它們

4、的雙K斷裂參數(shù)幾乎沒有影響，因此可以作為判定水泥凈漿和水泥砂漿材料裂縫起裂、穩(wěn)定擴展及失穩(wěn)擴展的斷裂模型。
　　 (2)采用冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)擬合法分別對試驗測得的水泥凈漿和水泥砂漿的P-δ曲線反彎點后的部分作了修正，得到了水泥凈漿和水泥砂漿完整的斷裂能，且所得到的斷裂能沒有尺寸效應。
　　 (3)進行了無任何阻裂措施的素混凝土三點彎曲切口梁的斷裂試驗，利用布置在試件上的全橋應變片和半橋應變片監(jiān)測裂縫的擴展長度，測得了各測

5、點處的開裂應變。根據(jù)所用混凝土的實際特性重新確定了非線性軟化本構(gòu)關(guān)系中的參數(shù)，并分析了該參數(shù)對起裂韌度理論值的影響，為下一步的阻裂研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 (4)通過在跨中預制縫的混凝土三點彎曲梁內(nèi)的三種不同位置分別布置鋼筋，研究了鋼筋在混凝土裂縫擴展過程中的限裂作用。通過對裂縫擴展過程的分析發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土的斷裂過程與素混凝土一樣也可分為三個階段：裂縫的起裂、穩(wěn)定擴展和失穩(wěn)擴展。因此，在引入適用于鋼筋混凝土的起裂韌度K和失穩(wěn)韌度

6、K兩個斷裂參數(shù)后，利用雙K斷裂準則對鋼筋混凝土三點彎曲梁的裂縫擴展過程進行了描述，并通過試驗對雙K判定準則的適用性進行了驗證。根據(jù)無量綱形式的BE CMOD與α之間的函數(shù)關(guān)系重新確定了鋼筋混凝土三點彎曲梁裂縫長度的計算公式，并驗證了計算公式的準確性，分析了不同裂縫長度計算公式對臨界裂縫尖端張開位移的影響。
　　 (5)在混凝土三點彎曲切口梁的受拉面澆注UHTCC作為止裂帶，研究其在混凝土裂縫擴展過程中的限裂作用，分析了UHTCC

7、應變硬化特性對混凝土裂縫擴展過程的影響，根據(jù)界面變形一致的假定，忽略了UHTCC未開裂區(qū)域的彈性變形，提出了UHTCC總裂縫寬度Wu的確定方法，并由此得到了δ-Wu.的簡化模型，根據(jù)該簡化模型便可以確定任意時刻UHTCC內(nèi)的應力值。通過對UHTCC止裂帶加固的混凝土三點彎曲切口梁裂縫擴展全過程的分析，引入適用于UHTCC加固混凝土三點彎曲梁的起裂韌度K和失穩(wěn)韌度K兩個斷裂參數(shù)，利用雙K斷裂準則對其裂縫擴展過程進行了描述，并通過試驗對雙K