全级配混凝土断裂参数的尺寸效应及I型裂缝扩展准则的对比研究

摘要

本文对混凝土的断裂问题进行了两方面的研究:1）全级配大坝混凝土断裂参数的尺寸效应;2）混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则的对比研究。关于混凝土断裂参数的尺寸效应问题，前人已经进行了不少试验和理论研究，但是对大坝混凝土断裂参数的尺寸效应研究相对较少，而关于全级配混凝土断裂参数的研究由于试验设备及经费等原因资料更是相当匮乏。在不多的研究中，对于断裂能GF、双K断裂参数等断裂参数是否存在尺寸效应仍存在争议。在前人的研究中，所用大坝混凝土多为实验室配制，无法准确反映真实大坝混凝土的断裂性能。为准确评定大坝的安全性，有必要对现场浇筑的全级配大坝混凝土进行大尺寸的断裂试验，以确定真实的与尺寸无关的断裂参数。为此本文采用中国西南某座处于施工期的大坝所用混凝土，在施工现场浇筑了最大尺寸为2250mm×2250mm×450mm的楔入劈拉试件（初始逢高比为0.4），研究了双K断裂参数、断裂能GF、临界裂缝尖端张开位移CTODC等的尺寸效应。结果发现，双K断裂参数、GF、CTODC均具有明显的尺寸效应，但当试件尺寸达1500mm即韧带高度与最大骨料粒径之比为6后，双K断裂参数、断裂能GF尺寸效应消失，而CTODC达到最大高度后仍有增长趋势。
　　前人根据不同的混凝土断裂机理提出了不同的裂缝扩展准则，而且各裂缝扩展准则均取得了不错的计算结果。值得指出的是，这些研究多是以普通强度等级的混凝土为研究对象，此时混凝土的脆性并不明显，那么随着强度等级的提高，混凝土脆性越来越大，各裂缝扩展准则的计算结果如何？哪个准则具有更广的适用范围更高的计算精度？这些是值得研究的。为此，本文分别采用以混凝土起裂韧度、抗拉强度为参数以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则，计算了不同强度等级混凝土三点弯曲梁试件的P-CMOD全曲线。将三种准则的计算结果对比后，发现后两种准则计算的P-CMOD曲线基本一致，且与第一种准则的计算结果存在差异。这种差异在低强度等级混凝土中表现不明显，但随着强度等级的提高，差异越来越大。通过对比试验结果与计算结果后，本文认为以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则更适用于各强度等级的混凝土的断裂计算。