考虑过程区的混凝土断裂韧度尺寸效应研究

摘要

混凝土断裂韧度的尺寸效应问题一直困扰着理论界和工程界。许多学者在实验和理论分析方面作了大量研究，其中以Weibull脆性破坏统计理论和Bazant强度尺寸效应理论最为典型。 本文试图从另一种角度分析混凝土断裂韧度尺寸效应产生和发展的根源，即在断裂韧度尺寸效应的研究中，考虑裂缝的扩展量△a。混凝土结构断裂与金属结构的弹塑性断裂特性不同，由于微裂隙的扩展在混凝土结构宏观裂缝前缘存在一定范围的微裂缝区，也称断裂过程区，因而在混凝土断裂力学的分析中应该考虑断裂过程区的影响。在以往混凝土断裂韧度的研究中，采用的是最大荷载和初始缝长a0，也没有考虑断裂过程区的影响。如果考虑到断裂过程区的影响，则裂缝失稳扩展时的临界缝长已不是a0，而是与最大荷载对应的等效临界缝长ac。 首先，本文从试验的角度，考虑断裂过程区，对基于Weibull脆性破坏统计理论和基于Bazant强度尺寸效应理论的断裂韧度尺寸效应公式进行了修正，并对考虑断裂过程区的临界缝长ac的计算，以及形函数的选择进行了比较研究。 其次，通过理论分析，总结出以下结论：Weibull脆性破坏统计理论和Bazant强度尺寸效应的理论均属于幂尺度律，两者是幂尺度律在不同情况下的反映；Weibull脆性破坏统计理论和Bazant强度尺寸效应理论都是关于强度的尺寸效应理论，两者在一定条件下，可以相互转化，互为补充；断裂韧度的尺寸效应与强度的尺寸效应具有一定的统一性。 最后，利用有限元进行了断裂韧度计算。选取平面八节点单元，利用ANSYS中的PLANE82单元，根据试验结果的最大荷载，最大裂缝口张开位移，分别计算了三点弯曲与楔入劈拉试件的断裂韧度KIC，计算了a为初始缝长a0和a为临界缝长ac两种，情况下的断裂韧度，从计算结果可以看出，考虑断裂过程区影响即缝长为临界缝长的有限元计算值更接近试验结果，且规律性也与前面得到的修正公式的规律比较一致。 通过试验归纳，理论分析和有限元验证，综合研究表明，考虑断裂过程区的断裂韧度尺寸效应修正公式更为合理，更符合混凝土断裂破坏的过程。对此进行的研究不仅具有理论意义，而且具有工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章基于Weibull脆性破坏统计理论的断裂韧度尺寸效应公式及其修正

第三章基于Bazant强度尺寸效应理论的断裂韧度尺寸效应分析及其修正

第四章Weibull理论和Bazant强度理论的分析比较

第五章断裂有限元的验证分析

第六章结论和展望

参考文献

附录

致谢