非标准楔入劈拉试件研究混凝土的断裂参数

摘要

随着混凝土结构的广泛应用，混凝土断裂力学近年也得到了进一步发展，对混凝土断裂特性的研究得到了广泛的重视。然而混凝土是一种多相复合材料，其破坏过程不像脆性材料那样简单，断裂过程表现为裂缝的起裂、扩张、贯通直到宏观裂缝的产生而导致失稳的过程。因而研究混凝土的起裂、失稳以及与之对应的阻力曲线成为人们普遍关注的话题。针对这些问题，主要进行了以下几个方面的研究：
　　 1、楔入劈拉试件是目前被广泛采用的研究混凝土断裂的试件形式之一，但是针对楔入劈拉试件，无论是标准试件还是非标准试件，都没有专门的应力强度因子计算表达式，因此本文利用通用有限元程序模拟了非标准楔入劈拉试验，分析拟合了不同高度以及不同初始缝高比条件下裂缝尖端的应力强度因子以及裂缝张口位移表达式，并通过与现有数据的比较验证了模拟计算的有效性。在此基础上，研究了不同高度和不同初始裂缝长度的失稳断裂韧度和裂缝扩展量等混凝土基本断裂参数，结果发现断裂韧度不随试件尺寸变化，是材料常数；而裂缝扩展量虽然不受初始裂缝长度影响，但却随着试件高度的增加而增长，这种现象可通过试件边界效应解释。
　　 2、根据实验实测的荷载-应变曲线，测出了试件的起裂荷载，并结合本文推导出来的非标准楔入劈拉试件的应力强度因子表达式计算了起裂韧度，分析发现用本文公式计算的起裂韧度基本上没有尺寸效应；将实测起裂韧度与解析起裂韧度进行了比较分析，发现解析起裂韧度整体上比实测起裂韧度大，分析了造成这一现象的原因。
　　 3.结合Xu(徐世烺)和Reinhardt两位教授提出的基于虚拟裂缝扩展粘聚力的新KR阻力曲线，采用混凝土非线性本构关系，研究了试件尺寸对新KR阻力曲线的影响，结果发现新KR阻力曲线没有尺寸效应。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1 引言

1.2 混凝土断裂力学

1.2.1 混凝土断裂力学的产生、发展

1.2.2 混凝土断裂力学发展概况

1.3 常用的应力强度因子的求法

1.3.1 Westergaard应力函数法

1.3.2 Kolosov-Muskhelishvili复变函数法

1.3.3 积分变化法

1.3.4 有限单元法

1.3.5 边界配置法

1.3.4 边界元法

1.4 混凝土的KR阻力曲线

1.5 本文的主要研究内容

2 混凝土Ⅰ型非标准试件的楔入劈拉断裂试验

2.1 前言

2.2 混凝土Ⅰ型断裂实验概述

2.3 楔入劈拉实验的试验原理

2.4 试件的制备

2.4 试验装置

2.4.1 加载装置

2.4.2 传力装置

2.5 试验仪器

2.6 试验步骤

3 混凝土非标准楔入劈拉试件应力强度因子的确定

3.1 引言

3.2 有限元模型

3.3 计算结果

3.4 非标准楔入劈拉试件断裂韧度计算

3.5 本章小结

4 非标准楔入劈拉试件研究混凝土的起裂韧度和失稳韧度

4.1 引言

4.2 目前主要的混凝土断裂模型

4.2.1 双参数模型TPEM

4.2.2 虚拟裂缝模型FCM

4.2.3 钝裂缝模型BCBM

4.2.4 双K断裂模型

4.3 双K断裂准则起裂韧度KiniIc和失稳韧度KunIc的计算

4.3.1 失稳韧度KunIc的计算

4.3.2 起裂韧度KiniIc的计算

4.4 本章小结

5 非标准楔入劈拉试件研究混凝土的KR阻力曲线

5.1 前言

5.2 KR阻力曲线的解析解

5.3 不同试件高度对KR阻力曲线的影响

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢