李冬[1]2016年在《混凝土及钢筋混凝土柱尺寸效应分析》文中研究表明随着建筑结构尺寸不断变大,混凝土材料及钢筋混凝土构件尺寸效应已成为当今热点问题。尺寸效应,是指随着结构尺寸的增大,以强度为代表的力学性能指标不再为常数。目前,对混凝土结构尺寸效应问题的研究主要归结于两个重要研究方向,即1)混凝土材料层次尺寸效应,以及2)钢筋混凝土构件层次尺寸效应。混凝土材料层次尺寸效应实际上是一个复杂的材料科学问题,主要受到骨料粒径、骨料分布、混凝土强度等级、初始缺陷等因素的影响;钢筋混凝土构件层次尺寸效应,实际上是一个结构力学问题,主要受到1)混凝土材料本身的非均质性及力学非线性,以及2)钢筋/混凝土相互作用的高度复杂性这两方面的影响,两者共同导致了钢筋混凝土构件层次的尺寸效应行为。本文从理论分析角度入手,总结了有关混凝土结构尺寸效应的试验研究成果,并结合有限元分析及数值模拟手段开展了钢筋混凝土构件尺寸效应的数值试验,主要研究内容概括如下:一、混凝土材料尺寸效应理论分析混凝土结构的尺寸效应行为受到诸多因素影响,如材料强度随机性、混凝土断裂破坏行为、裂缝扩展的分形特性以及边界效应等。各类影响因素在不同条件下对混凝土结构尺寸效应行为的影响程度也不同,如何在断裂力学尺寸效应理论框架基础上,结合材料强度随机性以及裂缝分形特性等因素,建立适用于全尺寸的混凝土全局尺寸效应律是本文研究的第一个目标。首先,对混凝土力学基本理论进行了分析与探讨,分别介绍了混凝土断裂力学理论和混凝土损伤力学理论的基本原理,在此基础上结合这两类理论的优缺点对其进行了评述,并提出了细观尺度混凝土损伤-断裂力学分析的基本观点;其次,从细观角度对混凝土材料的断裂破坏过程进行了模拟与分析,分别对混凝土单轴拉压和双轴压缩特性进行了数值研究,从混凝土断裂破坏模式、裂缝扩展行为等方面对混凝土材料的尺寸效应行为建立了宏观认识;进而,基于对混凝土材料失效模式、影响因素等方面的认识,探讨了骨料级配对混凝土宏观力学性能的影响,建立了裂缝扩展路径长度以及混凝土强度随骨料级配变化的理论公式,针对高应变率下混凝土断裂破坏过程中裂缝穿越骨料的现象,则从细观层次建立了用于裂缝尖端应力分析的虚拟应力模型,并基于建立的虚拟应力模型对混凝土材料的细观破坏行为进行了分析;最后,根据混凝土材料内部初始缺陷的统计分布规律,基于混凝土损伤力学和断裂力学理论的基本框架,尝试推导了应用于全尺寸的混凝土损伤-断裂全局尺寸效应律公式。二、钢筋混凝土构件尺寸效应试验及数值研究本文另一研究目标在于,基于试验和数值研究成果,对更大尺寸钢筋混凝土构件的尺寸效应行为进行深入分析,为建立钢筋混凝土构件层次的尺寸效应理论奠定基础。针对目前钢筋混凝土构件的尺寸效应试验研究主要集中在小尺寸的缩尺模型试验的现状,开展了大尺寸钢筋混凝土构件的尺寸效应试验研究。本文以钢筋混凝土柱为例,对影响钢筋混凝土构件层次尺寸效应的影响因素进行了系统分析,在更大尺寸范围内对钢筋混凝土构件的尺寸效应行为进行了探讨。首先,对普通强度钢筋混凝土柱尺寸效应的影响因素进行了分析,包括长细比、纵筋配筋率、配箍率、混凝土强度等级以及荷载偏心率等;其次,对高强钢筋混凝土柱的尺寸效应行为进行了分析,主要探讨了箍筋约束作用和加载模式对高强钢筋混凝土柱尺寸效应行为的影响。此外,为了更好的了解其他因素对大尺寸钢筋混凝土构件尺寸效应行为的影响,在试验研究成果的基础上,采用数值试验方法对钢筋混凝土构件层次的尺寸效应行为也进行了探讨。首先,建立了钢筋混凝土柱的2D细观力学分析模型,对其在轴心受压和偏心受压加载下的尺寸效应行为进行了数值研究;进而,又建立了钢筋混凝土柱的3D细观力学分析模型,探讨了长细比效应对钢筋混凝土柱受力力学性能的影响。
黄海燕[2]2004年在《混凝土尺寸效应理论研究与断裂参数分析》文中认为如何对混凝土材料的力学行为进行恰当和准确的描述是力学难题之一，其理论和应用研究一直受到人们的重视。本文采用有限元理论、随机理论、统计理论、能量理论和分形理论等方法对混凝土材料的断裂参数及尺寸效应理论的若干问题进行了研究。主要内容如下： (1)对Weibull尺寸效应统计理论、Bazant尺寸效应理论与Carpinteri分形尺寸效应理论的研究现状进行了回顾、分析、比较和评论。 (2)采用随机骨料模型，以有限元为计算手段，从应力、应变和裂纹发展过程等多方面分析了混凝土材料的细观力学性能，得到一些有益的结论。 (3)采用数值方法对不同尺寸的试件进行了分析，揭示出混凝土强度具有明显的尺寸效应现象。并采用Bazant尺寸效应律和Carpinteri分形尺寸效应律对数值分析结果进行了验证，得到与试验分析相一致的结论。 (4)在对混凝土断裂能的各种影响因素进行探讨的基础上，建立了混凝土断裂能的单因素和多因素统计模型，并进行了验证分析。 (5)对混凝土断裂能尺寸效应现象进行了深入的分析。认为断裂过程区大小随试件尺寸的变化而变化是产生断裂能尺寸效应现象的根本原因。 (6)综合考虑试件尺寸和材料细观结构特征对断裂能的影响，建立了混凝土断裂能尺寸效应的分形模型，并进行了验证分析。 (7)使用分形理论建立了Ⅰ型分形裂纹尖端处的应力强度因子计算模型；模型使用的计算公式可以退化为经典的Ⅰ型裂纹尖端处的应力强度因子公式。 (8)在对应力强度因子的计算方法进行评述的基础上，对应力强度因子的计算误差进行了分析，提出了一个使用有限元方法求解应力强度因子的误差指标参数。
赵艳华[3]2002年在《混凝土断裂过程中的能量分析研究》文中进行了进一步梳理混凝土是一种广泛用于实际工程的建筑材料，对其的研究主要集中在断裂和破坏方面。现在已经意识到，混凝土在其典型的位移曲线中呈现出的非线性特征是由于裂缝在端部的缓慢扩展引起的，可以认为是混凝土的一种半脆性性能。这是在发现传统的线弹性断裂力学(LEFM)和适合金属类材料的断裂模型不适用于混凝土研究时得出的结论。对此，在过去的几十年里，众多研究人员提出了很多描述混凝土非线性断裂的模型，而其中的大多数断裂模型都以临界应力强度因子K_(Ic)作为抵抗裂缝扩展阻力的断裂韧度。而基于能量平衡方法推出的临界能量释放率G_(Ic)，在分析研究混凝土断裂中应同K_(Ic)具有同样的效果。基于此，本文尝试从能量的角度研究混凝土的断裂过程。 1．混凝土断裂能G_F是材料的一个基本性能，表示扩展单位裂缝面所需要的能量。而确定G_F的试验方法一直是混凝土断裂力学研究的热点问题之一。通过比较目前测试混凝土断裂能的几种方法，本文认为楔入劈拉试验法(WS)是比较适用的，进而在本文中采用WS方法研究了混凝土断裂能G_F随试件断裂韧带高度的变化规律。在测试过程中采用了柔度测试法以循坏的方式增加荷载直到试件完全断开，然后对试验曲线进行了合理的光滑处理，并对试验曲线的尾部进行了拟合表达尽量消除其对结果的误差影响。 2．很多试验结果发现裂缝的扩展要经过两个明显的阶段：裂缝稳定扩展和裂缝失稳扩展。作为一种能量指标的混凝土断裂能G_F只能表征混凝土断裂全过程的平均能量吸收，而并不涉及这两个阶段的能量变化。本文提出两个能量型断裂参数即稳定断裂能G_(FS)和失稳断裂能G_(FU)分别表示裂缝稳定扩展和失稳扩展阶段的能量损耗，并采用楔入劈拉试件(WS)对这两个参数相对初始缝长α_0的尺寸效应进行了分析。 3．由于测试混凝土叁个断裂能参数采用的方法不同从而带来了一个问题，即不同的测试方法所得到的G_F、G_(FS)和G_(FU)是否一致?本文采用相同组分的混凝土材料以叁点弯曲梁TPB和楔入劈拉试件WS作为比较对象验证了试件形状对断裂参数的影响。结果发现二种试件形式对结果有轻微的影响，需要进一步的探讨研究。 4．在双K准则中有两个以应力强度因子为表现形式的断裂韧度参数：起裂韧度K_(Ic)~(ini)和失稳断裂韧度K_(Ic)~(un)。与此相对应本文提出了能量型的双G断裂模型，其中的断裂韧度采用能量释放率的形式表示即起裂韧度G_(Ic)~(ini)和失稳断裂韧度G_(Ic)~(un)。此模型将作用在裂缝尖端断裂过程区FPZ上粘聚力的影响以及线弹性断裂力学中对G_(Ic)~(ini)和G_(Ic)~(un)的解析表达相结合，而且G_(Ic)~(ini)和G_(Ic)~(un)不是独立的两个参数，它们之间的关联便是由克服粘聚力所带来的能量损耗G_(Ic)~c。通过引入断裂功方法的概念，在求得G_(Ic)~c的情况下， 本义给出了＊ 和GI7的实用计算公式。5．前面已经指出，在线弹性断裂力学中，应力强度因子和能量释放率是等效的。而双 K断裂模型和双G断裂模型都是以线弹性断裂力学为基础的，参数的转化应该遵循 同样的规律。本文利用叁点弯曲梁TPB的模拟试验和楔入劈拉WS的试验结果以及 现有的紧凑拉伸CT的实验数据证实了这一点。
刘宁[4]2009年在《高地应力条件下围岩劈裂破坏的力学机理及其能量分析模型研究》文中认为近年来,随着国民经济的持续稳定增长,国家对地下洞室开发利用的需求日益增加,大量工程都在建设或筹划中,地下工程建设呈现出方兴未艾的局面。仅就西部的水电工程来说,近些年内有相当多的大型水力发电工程和蓄能电站进入兴建与筹划期。其中很多都设计有大型或超大型地下洞室群做主要的水工建筑物,且大多选择为深埋式地下厂房。而西部地区具有全球最强烈的现代地壳运动,活动断裂发育,地质环境极为复杂,加上高山峡谷等地形地貌条件,往往赋存有高地应力场。在此条件下围岩的破裂现象在洞群施工期就会明显的出现,一系列大型洞群的高边墙经常发现有劈裂裂缝,并随着地下厂房规模的增大表现得更加突出。此现象已经引起专家的关注,但对其发生机理及其锚固效应尚未进行深入地分析研究。本文采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法,从微观和宏观两个方面系统研究了高地应力条件下围岩劈裂破坏机理及其锚固效应,并将理论分析与工程实践紧密结合,主要完成了以下几个方面的工作:(1)从断裂力学的角度,系统研究了地下工程围岩中的裂纹在各种受力条件下(包括拉剪、压剪两种情况)的起裂、扩展及贯通以致最终形成劈裂裂缝的各个阶段的特征和破坏判据。分析了裂纹之间的贯通机理和极值分布,从理论上揭示了多裂纹之间可能存在的贯通模式与机理。最后以受压岩体中的斜裂纹扩展过程分析为例,模拟了岩体中裂纹逐渐发展成劈裂裂缝的整个过程。(2)在有限元分析软件ANSYS中实现断裂分析的基本过程。通过参数化设计方法APDL编写裂纹扩展模拟的前处理程序,实现了裂纹断裂计算和分析的自动化,证明ANSYS非常适合于模拟含裂纹或缺陷结构,当参数选择合适时,有限元可以很好的模拟裂纹的扩展过程。并分别模拟了裂纹扩展的不同阶段,通过与理论计算结果相对照,进一步完善劈裂裂缝的形成过程和发生机理。(3)基于试验结果,分析研究了岩石的单轴压缩和叁轴压缩条件下的变形破坏过程,揭示了这一过程的能量耗散及能量释放特征。通过实验室内的相似模型试验,研究了加锚对岩体断裂能的影响。为了能够定量分析围岩能量释放的程度,基于裂纹扩展是以能量释放为主要特征的破坏现象的认识,定量计算了能量释放率,并将其应用到瀑布沟地下厂房的开挖分析中,分别得到了该地下厂房不同位置处弹性能随开挖步变化曲线以及弹性能密度分布等值线图,可以更直观地分析能量与裂纹扩展的关系。(4)采用滑移裂纹组模型来模拟岩石在轴向压力作用下的劈裂破坏,以考虑裂纹之间的相互作用。基于裂纹扩展过程中的能量平衡原理,分别建立了线弹性条件下和小范围屈服条件下的劈裂判据。并将这两个判据应用到琅琊山抽水蓄能水电站的开挖分析中,分别计算得到了两种情况下劈裂破坏区范围分布图,以定量的概念和直观的图像来把握和判断围岩中不同区域的劈裂破坏程度,为高地应力条件下地下工程开挖过程中出现的劈裂破坏提高更加科学合理的预测判据。(5)对于处在高地应力下脆性围岩中的地下洞室群,开挖时洞室围岩容易出现纵向的劈裂裂缝,导致脆性开裂,形成劈裂性平行大裂缝组,可将其看作迭层薄板。根据柯克霍夫平板理论检验了薄板模型的适用性,在薄板模型的基础上利用能量方法建立了劈裂围岩的临界应力、位移的解析计算公式。以瀑布沟水电站为工程背景,将劈裂判据编成fish语言计算得到围岩的劈裂破损区。在此基础上利用薄板力学模型计算了其临界应力和最大位移。(6)锚喷支护对岩体的加固作用在很大程度上是抑制裂纹的扩展。分别采用理论分析和数值方法对锚喷支护抑制裂纹的扩展进行了分析研究。首先在理论方面利用断裂力学理论分别分析了混凝土喷层和锚杆对应力强度因子的影响,并计算得到了锚杆的最佳安装角。然后利用ANSYS数值模拟了锚杆对裂纹的止裂作用,分析了不同因素对应力强度因子的影响。(7)通过分别计算外力所做功,锚杆吸收的能量,塑性能,弹性应变能,裂纹扩展耗散的能量,根据能量守恒定律建立了锚固条件下围岩劈裂破坏判据,并将该判据应用到猴子岩水电站的开挖分析中,通过分别计算叁种洞室间距方案、叁种开挖顺序以及考虑锚杆作用下洞室围岩的劈裂破坏范围,并与计算的塑性区范围相对比,分析得出在高地应力条件下不能仅仅以塑性区作为评价开挖顺序和洞室布置方案的唯一指标,有时劈裂区更能反映出地应力分布的特征,可以为开挖方案的优化提供更多的参考意见。
徐世烺, 赵艳华[5]2008年在《混凝土裂缝扩展的断裂过程准则与解析》文中提出该研究工作对混凝土这一多相的复合材料,通过实验和理论相结合的科学手段,建立了一套完整的描述混凝土裂缝发展的断裂理论以及分析方法。根据实验观测结果提出了双K断裂参数,可以反映混凝土裂缝发展特性。在线形渐进迭加假定基础上,给出了双K断裂参数的解析表达式。根据分布于断裂过程区上粘聚力对裂缝扩展阻力的增强作用,得到了双K断裂参数适用的解析解,并通过实验分析了各种可能因素对双K断裂参数的影响。在考虑粘聚力影响条件下,提出了裂缝扩展阻力的新KR曲线,并将双K断裂参数与之对应起来。研究工作又通过能量的观点提出了与双K断裂参数相对应的以能量释放率为参数的双G断裂参数。通过数值计算和实验分析证实了能量法和应力场法在描述混凝土断裂性能方面的等效性。
杜向琴[6]2007年在《碳纤维混凝土断裂性能研究》文中认为随着材料科学与工程技术的不断发展,现代工程界对水泥混凝土的强度、耐久性及工作性等方面都提出了更高的要求,作为在混凝土改性过程中产生的新型水泥基复合材料,纤维混凝土材料以其在混凝土增强、阻裂、增韧等方面的独特优势引起了广大研究者和工程技术人员的高度关注。但目前的研究更多的体现在力学性能和耐久性能上,断裂性能方面的研究较少。本文以碳纤维混凝土(CFRC)断裂性能为主要研究对象,进行了以下方面的工作:(1)通过不同碳纤维体积率下混凝土的抗压强度和劈拉强度试验,探讨了碳纤维体积率对混凝土强度的影响,通过与素混凝土在强度、应变、荷载～位移曲线及试件破坏性状上的对比,分析了碳纤维对混凝土的增强、增韧和阻裂效应。试验结果表明:掺加碳纤维可提高混凝土的抗压强度和劈拉强度、峰值应变和极限应变,与素混凝土相比,当碳纤维体积率为0.3%时,抗压强度最大可提高80%,劈拉强度提高61%,峰值应变提高88%,极限应变提高152%;同时,碳纤维掺入后还可改善骨料与水泥砂浆的粘结面特征,优化混凝土内部结构,提高材料整体性。当掺量较小(≤0.3%)时纤维对混凝土的作用主要表现为增强,而随着掺量的增大,纤维对混凝土的作用则更多的表现为增韧。(2)通过试件尺寸为100mm×100mm×400mm碳纤维混凝土叁点弯曲梁断裂试验,研究了碳纤维体积率对混凝土断裂韧度K IC、断裂能G F和临界裂缝嘴张开位移CMODC的影响规律。结果表明:碳纤维的掺入显着改善了混凝土的断裂性能。当碳纤维体积率ρf为0.5%时, K IC, G F, CMODC分别为素混凝土断裂参数的2.67,5.14和4.51倍。各断裂参数与ρf之间近似符合线性关系,通过对试验数据的回归分析得出了与ρf相关联的碳纤维混凝土断裂参数的统一计算表达式。(3)通过碳纤维-聚丙烯混杂纤维混凝土(C-P HFRC)强度试验和叁点弯曲梁断裂试验,分别研究了混杂纤维混凝土的抗压强度和劈拉强度,断裂韧度K IC、断裂能G F和临界裂缝嘴张开位移CMODC ,并探讨了纤维混杂效应。研究结果表明:纤维混杂力学性能和断裂性能都优于单一纤维混凝土。碳纤维体积率一定、聚丙烯纤维掺量为0.3～1.2kg/m3时,V f=0.9kg/m3时表现出最佳增强效果,可达相应CFRC断裂参数的12.71%,80%和163%;聚丙烯纤维掺量一定(0.9kg/m3)、碳纤维体积率为0.1%～0.5%时,混杂纤维混凝土各断裂参数都随ρf的增大而增加,ρf=0.3%时K IC和G F增强效果最佳,为相应CFRC的1.986和2.03倍,C MODC随ρf的增大而线性递增,最大可达CFRC的5.68倍。综合考虑经济因素,ρf=0.3%时碳纤维对断裂参数的增强效果最好。(4)碳纤维在混凝土断裂性能的改善方面起主要作用,聚丙烯纤维对混凝土断裂性能的改善作用不太明显。当聚丙烯纤维掺量V f为0.9kg/m3、碳纤维体积率ρf≤0.3%时,混杂纤维对混凝土各断裂参数的增强效果较好,混杂纤维表现出“正混杂效应”。
李兰[7]2006年在《活性粉末混凝土断裂性能试验研究》文中研究说明活性粉末混凝土(RPC)是一种新型复合材料,其断裂性能的研究还是处于刚刚起步阶段。很少文献对这种材料断裂过程中的各种断裂参数做定量的分析,更少对该材料的断裂特性进行深入研究,做出定性分析。试验制备了高强混凝土(C80)和钢纤维含量为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的活性粉末混凝土叁点弯梁,尺寸为400×100×100mm,缝深比为0.40,测得荷载～加载点位移曲线、荷载～裂缝开口位移曲线,并用虚拟裂缝模型结合线弹性断裂力学对试验测得数据进行计算分析,初步研究了两种材料的基本力学性能和断裂性能。研究中探讨了混凝土材料、钢纤维掺量的不同对RPC的抗压强度、劈拉强度以及各断裂参数如断裂能、断裂韧度、裂缝的亚临界扩展量等的影响。研究结果表明,高强混凝土(C80)的断裂性能略优于素活性粉末混凝土,其断裂能为素活性粉末混凝土的1.26倍;但比纤维增强活性粉末混凝土的断裂性能要差很多,其断裂能为纤维增强活性粉末混凝土的1/61～1/27、特征常数为纤维增强活性粉末混凝土的1/6～1/5、延性指数为高强混凝土(C80)的1/30～1/25、断裂韧度为纤维增强活性粉末混凝土的1/10～1/5。可以看出钢纤维对活性粉末混凝土增强增韧效果明显;结果显示,断裂能随纤维体积掺量的增大而增大,而断裂韧度、延性指数、特征常数和裂缝的亚临界扩展量等参数随钢纤维体积掺量体现出不同的影响规律,不是随体积掺量呈单调变化,而是存在一较优掺量;分析结果显示钢纤维掺量在0.5～1.0%增强效果较佳;对试验得到的数据进行分析,给出了各力学参数随纤维体积掺量的变化趋势;在分析数据的基础上,对RPC断裂过程、断裂机理做了初步探讨,剖析了纤维对RPC的增强增韧机理。
郭向勇[8]2005年在《高强混凝土脆性评价方法及其增韧措施的研究》文中研究说明混凝土的高强化具有一系列的优点,使得高强混凝土得到了广泛的应用,因此高强化是水泥混凝土材料的发展方向,但是混凝土是公认的准脆性材料,而当其结构尺度很大时则可认为是完全脆性材料,混凝土材料在破坏时表现为明显的脆性破坏。随着混凝土强度的提高,与之相关的脆性问题就越来越突出。为了实现真正意义上的混凝土高强化——工程中结构承载能力的高强化,就必须了解脆性破坏的原因。另一方面,混凝土脆性与混凝土强度的尺寸效应有关,不研究尺寸效应现象,就不能明确试验室的小尺寸试件的脆性与真实试件脆性的相关性,也就不能肯定脆性改善是否真实反映材料的实际性能。 (1) 本文通过混凝土脆性与强度尺寸效应关系的研究,克服了长期以来对混凝土脆性认识的局限,为水泥混凝土材料的高强化提供参考,同时也有利于促进混凝土断裂力学的发展。深入探讨了混凝土脆性及脆性指标,分析了现有的强度尺寸效应理论及断裂参数尺寸效应现象,并通过试验确定了混凝土脆性与不同类型混凝土的强度尺寸效应的关系;研究了断裂参数的尺寸效应现象,并由脆性与强度尺寸效应关系试验研究了影响高强混凝土脆性的各种因素;研究了高强混凝土的增韧减脆措施,重点研究了骨料在高强混凝土中的增韧机理;通过对混凝土断裂能测试方法的试验对比研究认为,楔入劈拉试件值得推广。 (2) 对混凝土脆性指标及评价方法分析的结果表明,混凝土作为微观真脆性的材料,其脆性大小最终应归结为塑性区尺寸的大小;由于试件的尺寸显着影响材料的脆性行为,脆性指标不应包含尺寸因素,即不随试件尺寸发生改变,现有的绝大多数脆性指标由于所含参数具有尺寸效应而不确切;以Bazant尺寸效应曲线形式定性的反映脆性大小,定量可以曲线上交点η为脆性指标,η与塑性区尺寸成正比,η越大,脆性越小,因此,作为明确的定量化的脆性指标,η可在任何实验室采用以评定不同增韧措施的实际效果,简单可靠。 (3) 通过对现有混凝土脆性指标和评价方法进行比较和系统地分析认为:混凝土材料的脆性与混凝土强度尺寸效应有关,并且不同的理论都有不足之处,应该有特定的适用范围;断裂能是材料脆性断裂的基本性能参数,而断裂能与断裂过程区特征紧
黄煜镔[9]2002年在《混凝土脆性与力学参数的尺寸效应及其相互关系的研究》文中指出力学参数的尺寸效应是混凝土材料的固有特征，不研究尺寸效应现象，就不能明确试验室的小尺寸试件的性能与真实试件性能的相关性，也就不能肯定这种性能改善是否真实反映材料的实际性能。另一方面，混凝土力学参数的尺寸效应与混凝土脆性有关，而高强化作为水泥混凝土材料的发展方向，与之相关的脆性问题越来越突出，因此导致尺寸效应现象更为显着。 本文通过混凝土强度及力学参数尺寸效应及其与脆性关系的研究，克服了长期以来对混凝土脆性认识的局限，为水泥混凝土材料的高强化提供参考，同时也有利于促进混凝土断裂力学的发展。深入探讨了混凝土脆性及脆性指标，分析了现有的强度尺寸效应理论及断裂参数尺寸效应现象，并通过试验确定了不同类型混凝土的强度尺寸效应以及与脆性的关系，研究了断裂参数的尺寸效应现象，确立了一种确定混凝土强度尺寸效应及脆性指标的简单方便的小尺寸试件研究方法，并据此由脆性与力学参数尺寸效应关系试验研究了影响混凝土脆性的各种因素。 通过对现有的强度尺寸效应理论及断裂参数尺寸效应的分析认为，强度尺寸效应与材料脆性有关，并且不同的理论都有不足之处，而且有特定的适用范围：混凝土断裂过程区的长度与宽度随试件尺寸的变化发生变化，可能引起断裂参数的尺寸效应；断裂能尺寸效应的另一主要原因在于断裂面附近的变形是非线性分布并且断裂能在断裂面内的分布也不均匀。 对混凝土脆性及脆性指标分析的结果表明，混凝土作为微观真脆性的材料，其脆性大小最终应归结为塑性区尺寸的大小；由于试件的尺寸显着影响混凝土的脆性行为，脆性指标必须不包含尺寸因素，即不随试件尺寸发生改变，现有的绝大多数脆性指标由于所含参数具有尺寸效应而不确切；可以Bazant尺寸效应曲线形式定性地反映脆性大小，定量可以交点d_0为脆性指标，d_0与塑性区尺寸成正比，d_0越大，脆性越小，d_0可在任何实验室采用以评定不同增韧措施的实际效果，简单可靠。 对高强、超高强、引气以及钢纤维混凝土，试验研究了切口与无切口试件的抗弯强度、抗压强度、劈拉强度随试件尺寸的变化情况，测定了P-δ、P-CMOD曲线以及断裂韧性、断裂能随试件尺寸的变化关系，确定了脆性与力学参数尺寸效应之间的关系，进一步明确了强度尺寸效应各种理论的适用范围，并结合各种理论，对试验结果所反映的规律进行解释。随混凝土强度提高，脆性增大，切口试件抗弯强度尺寸效应更为显着，无切口试件抗弯强度尺寸效应更快趋于缓和，抗压强度随试件尺寸增大也更快稳定，劈拉强度也表现出脆性越大尺寸效应现象越快减弱的特点。同时，断裂韧性与断裂能的尺寸效应具有相同的变化趋势。混凝土脆性越大，断裂 重庆大学博士学位论文韧性越快接近稳定。引气增大了混凝土的脆性，而钢纤维对混凝土的增强增韧作用，随强度提高、试件尺寸增大而减弱。 在理论分析的基础上，提出采用两种几何形状的小尺寸试件组合来确定强度尺寸效应的新方法，试验结果表明该方法有比较高的精度，反映的规律性很强，由于不需要采用大尺寸试件，该方法与标准方法相比，操作简单易行，并且在任何试验室、施工现场均易于实现，为确定混凝土真实性能提供了一种新途径。 试验研究了材料组成（包括水胶比、砂率、集料品种、胶凝材料组成等）以及龄期、养护制度对混凝土材料脆性及相关力学参数尺寸效应的影响，强调了采用高强高韧集料对混凝土增韧的特殊作用，由于本研究充分考虑到尺寸效应的影响，试验结果显示出不同的规律性，研究结果将为混凝土脆性改善以及相关力学性能的提高提供更为可靠的依据。
鲁艳超[10]2018年在《高强混凝土断裂性能的有限断裂力学方法研究》文中指出混凝土作为一种典型的非均质准脆性材料,断裂过程区的发展对断裂特性有很大的影响。工程中混凝土一旦开裂就可能会引起钢筋的锈蚀,影响结构的安全与耐久性,因此与普通混凝土一样研究高强混凝土的断裂特性具有重要意义。为了研究高强混凝土梁断裂特性,本文采用有限断裂力学(Finite Fracture Mechanics,简称FFM)方法结合试验研究来研究分析高强混凝土的断裂失效。该方法基于有限断裂力学框架来表征准脆性材料的断裂失效,裂缝扩展的“有限距离”假设为结构参数而并非材料参数,其结果由能量与应力(应变)准则共同确定。有限断裂力学方法克服了传统的应力准则和能量准则的缺陷,可以准则的预测结构的强度。最后通过数字图像相关方法(DICM)试验研究高强混凝土叁点弯曲梁的损伤以及整个断裂过程区的发展过程。分析初始缝高比及梁高对裂缝尖端最大破坏应力、断裂韧度、断裂过程区长度等的影响。本文主要研究结论如下:(1)利用电阻法测定叁点弯曲梁的起裂荷载及失稳荷载,分析初始缝高比及梁高、跨度对起裂荷载、失稳荷载的影响。研究结果表明:起裂荷载和最大荷载均随着初始缝高比的增大而逐渐变小,且起裂荷载与最大荷载的比值基本保持在0.65~0.75之间。(2)通过数字图像相关方法(DICM)测定了试件在不同荷载作用下的裂缝张开口位移、断裂过程区长度。研究结果表明:DICM能够准确测定任意荷载作用下的裂缝张开口位移、断裂过程区长度;其值均随着初始缝高比的增大而减小,随着试件跨度的增加而增大。(3)采用双K断裂韧度和双G断裂韧度理论模型分析初始缝高比对应力强度因子、断裂韧度、能量释放率等的影响。研究表明:失稳韧度和起裂韧度均不会随着初始缝高比和跨度而改变,失稳韧度和失稳韧度可以作为材料本身固有断裂性能的材料表征。(4)分析有限断裂力学模型(FFM)和断裂准则对理论数据的影响。理论数据分析表明:叁点弯曲梁裂缝尖端的最大破坏应力随着初始缝高比和跨度的增加而减小;断裂过程区长度会随着初始缝高比的增大而逐渐变小,随着跨度的增大而逐渐变大。
参考文献：
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