粗骨料粒径变化对钢筋混凝土构件裂缝演化规律的分形研究

摘要

钢筋混凝土构件表面裂缝的发展过程是一个复杂、富有挑战性的研究课题,一直是力学、材料和工程等学科的研究热点和难点之一。研究钢筋混凝土构件表面裂缝的发展规律,对研究和评价钢筋混凝土构件的安全状态具有重要的理论意义和应用价值。
　　 本文通过对3根骨料粒径变化的钢筋混凝土梁的试验研究,重点分析了骨料粒径对钢筋混凝土梁在荷载作用下裂缝产生、发展及演化规律的影响,讨论了骨料粒径对钢筋混凝土梁开裂弯矩、屈服弯矩及极限弯矩的影响；以及对荷载-跨中挠度关系和荷载-钢筋应变关系的影响。
　　 同时,用分形几何理论对试件中裂缝的出现、发育以及演化分布特征进行分析。研究表明:
　　 1.骨料粒径变化的钢筋混凝土梁在荷载作用下裂缝的产生、发展及演化分布过程具有自相似性,可以利用分形理论来分析试验梁表面裂缝的分布规律。
　　 2.小粒径骨料钢筋混凝土构件在破坏状态下裂缝分布最不均匀,则其损伤程度最大。
　　 3.骨料粒径变化的钢筋混凝土梁表面裂缝对应的分形维数分布于1.10～1.40之间,裂缝形态属于线状分布。
　　 4.建立了钢筋混凝土构件表面裂缝的分形维数D与跨中挠度f、裂缝宽度B和损伤变量ω的定量关系,研究表明:随着结构的进一步破坏,钢筋混凝土构件表面裂缝进一步发展,分形维数增长速度渐快,其分形维数的增大主要与表面裂缝宽度的增大有关。钢筋混凝土构件表面裂缝的分形维数可以作为评价钢筋混凝土构件破坏程度及安全程度的一个评价指标。
　　 5.建立了钢筋混凝土构件力学性能的变化与构件表面裂缝分形维数间的对应关系,研究表明:随着构件表面分形维数的减少,混凝土强度逐渐增大。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 选题背景与意义

1.2 问题的提出

1.3 国内外研究现状

1.3.1 粗骨料对混凝土断裂性能影响的研究现状

1.3.2 分形理论在混凝土结构研究中的现状

1.4 研究方法

1.5 本文的主要内容

第二章 分形理论简介

2.1 分形几何学

2.2 分形理论的基本内容

2.2.1 精细结构

2.2.2 自相似性

2.2.3 无标度性

2.2.4 欧氏空间与非欧氏空间

2.3 分形维数

2.4 本章小结

第三章 试件设计与结果分析

3.1 试验目的

3.2 试件制作

3.2.1 试验材料

3.2.2 试件设计

3.3 试验方法

3.3.1 试验装置

3.3.2 加载方法

3.3.3 量测内容

3.4 试验结果分析

3.4.1 试验现象描述

3.4.2 开裂荷载与极限承载力

3.4.3 平截面假定

3.4.4 挠度分析

3.4.5 钢筋应变分析

3.4.6 裂缝开展及分析

3.5 本章小结

第四章 钢筋混凝土梁裂缝扩展的分形研究

4.1 混凝土构件损伤的分形特征

4.2试验梁的裂缝分布图

4.3 破坏状态下骨料粒径变化的钢筋混凝土梁表面裂缝的分形特征分析

4.4 骨料粒径变化的钢筋混凝土梁在荷载作用下表面裂缝分形特征分析

4.5 本章小结

第五章 分形维数与力学参数的关系

5.1 骨料粒径变化的钢筋混凝土梁表面裂缝演化分形特征分析

5.2 骨料粒径变化的钢筋混凝土梁表面裂缝分维数与跨中挠度的关系

5.3 骨料粒径变化的钢筋混凝土梁表面裂缝分维数与裂缝宽度的关系

5.4 骨料粒径变化的钢筋混凝土梁表面裂缝分维数与抗压强度的关系

5.5 骨料粒径变化的钢筋混凝土梁表面裂缝分维数与损伤变量的关系

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文主要成果

6.2 下一步工作展望

参考文献

致谢

附录

作者简介

攻读硕士期间主要参与课题

攻读硕士期间发表论文