混凝土Ⅰ型、Ⅱ型斷裂參數(shù)確定的研究.pdf

1、本文結合水電水利行業(yè)標準DL/T5332-2005《水工混凝土斷裂試驗規(guī)程》(以下簡稱為《規(guī)程》)的制定和國家自然科學基金項目“基于粘聚力的混凝土Ⅱ型與復合型雙K斷裂準則及其參數(shù)確定(50178015)”，對混凝土Ⅰ型、Ⅱ型斷裂參數(shù)確定開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和形狀效應是《規(guī)程》制定過程中的重要問題。為了對《規(guī)程》的制定提供更充足的基礎數(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個不同級配及濕篩法大壩混凝土試件的斷裂試驗。結果表明：電阻應變片法測定起裂荷載的方法可行：三點彎曲梁法所測得的混凝土雙K斷裂韌度值無明顯的尺寸效應；采用《規(guī)程》規(guī)定的楔入劈拉加載方式所測得的混凝土斷裂韌度值表現(xiàn)出一定程度的尺寸效應；在相同配合比、相同高度條件下，兩種試件測定的雙K斷裂韌度值無明顯的差異。 2

3、.分析了《規(guī)程》規(guī)定的楔入劈拉加載方式所測得的混凝土斷裂韌度值表現(xiàn)出一定程度的尺寸效應的原因是豎向分荷載Pv引起的附加力矩Mv對試件裂縫端部應力場和斷裂參數(shù)計算具有影響，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得混凝土真實斷裂參數(shù)的新的試驗方法——楔入式緊湊拉伸斷裂試驗方法。 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，韌度增值KcIc的計算無論是積分計算方法還是簡化計算方法都較復雜。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算方法。通過與積分和簡化計算方法比較，表明此插值計算方法具有很高的精度，計算過程得到進一步的簡化，使用計算器即可實現(xiàn)，非常便于工程人員實際使用。 4.采用國際上新近提出的兩端切口Ⅱ型斷裂試件開展了混凝土Ⅱ型斷裂試驗，分析研究了試件的破壞機理。試驗觀測到裂縫起裂角θ0約為0(o)，且沿著韌帶方向擴展：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

5、測定的曲線上的特征點確定臨界荷載，進而由此試件幾何相應的應力強度因子公式計算出混凝土Ⅱ型斷裂韌度。試驗表明，兩端切口Ⅱ型斷裂試件是進行混凝土Ⅱ型斷裂試驗及測試混凝土KⅡc合適的試件形式。 5.基于課題組近年研究的基礎上，提出了一種進行混凝土Ⅱ型斷裂試驗的初始無切口半邊對稱加載新的試件形式及其應力強度因子解析公式。此試件由于剪切應力集中在名義韌帶端部區(qū)域形成剪切微裂區(qū)；當微裂區(qū)尖端Ⅱ型應力強度因子達到混凝土Ⅱ型斷裂韌度時，試件發(fā)生

6、Ⅱ型斷裂破壞。因此，初始無切口半邊對稱加載試件斷裂破壞機理與兩端切口半邊對稱加載試件破壞機理本質上是相同的。 6.試驗觀察到混凝土Ⅱ型斷裂過程可分為三個明顯的階段：裂縫起裂、穩(wěn)定擴展、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兩個斷裂參數(shù)來描述混凝土結構Ⅱ型斷裂裂縫起裂、穩(wěn)定擴展、失穩(wěn)破壞全過程，建立了判定混凝土結構Ⅱ型斷裂破壞的Ⅱ型斷裂雙K斷裂準則，即：KⅡ=KiniⅡc時，裂縫起裂；KiniⅡc＜KⅡ