试件初始缝长对混凝土双k断裂参数的影响

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1、试件初始缝长对混凝土双K断裂参数的影响摘要：本文采用尺寸为400mm×400mm×200mm，初始缝高比分别为0.2、0.4、0.5、0.6的楔入劈拉试件，应用线性渐近叠加原理，利用试验中测得的最大荷载Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc计算了混凝土裂缝的亚临界扩展量Δαc，在此基础上利用虚拟裂缝模型并结合线弹性断裂理论，采用不同的闭合力方程计算了混凝土起裂断裂韧度KiniIc、失稳断裂韧度KunIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc.结果表明，采用不同闭合力方程所计算的混凝土KiniIc值有所差异，但当

2、试件缝高比大于或等于0.4时KiniIc及CTODc均与试件初始缝高比无关，而KunIc值则与初始缝高比无关，这表明双K断裂参数及CTODc可以作为描述混凝土裂缝起裂、稳定扩展及失稳破坏全过程的材料常数。关键词：混凝土裂缝断裂参数虚拟裂缝模型　　众多的研究结果表明，试件高度是影响混凝土断裂韧度KIc的主要因素，而造成KIc尺寸效应的主要原因是忽略了混凝土裂缝失稳断裂前亚临界扩展阶段。为此，3试验结果　　试件尺寸均为400mm×400mm×200mm，初始缝高比α0/h分别为0.2、0.4、0.5、0.6，每组

3、试件为3个。试件所用材料为大连产河砂，石灰岩碎石，最大骨料粒径为20mm，水泥为大连水泥厂生产的425＃普通硅酸盐水泥，试件配合比为水泥∶砂子∶石子∶水=1∶1.73∶3.01∶0.52.试验时测得150×150×150mm3立方体抗压强度fcu为38.8MPa，抗拉强度ft为3.0MPa，弹性模量E为32.2GPa.试验测得的各试件Pmax、CMODc、Gf等参数见表1.表1试验结果试件编号α0/hPmax/NCMODc/mmGf/(N·m-1)ωs1ωs2ωs3ωs40.20.40.50.634244.7

4、25206.016042.110779.30.14450.17120.16730.2364488.2437.8376.7291.54混凝土双K断裂参数计算结果　　根据试验测得的Pmax、ft、E、CMODc、Gf等参数即可计算混凝土的αc、KiniIc、KunIc及CTODc等值。详细结果见表2.从表2中可以发现，试件初始缝高比的不同，裂缝亚临界扩展量Δαc也有所不同，而KunIc值则与试件的α0/h无关；当试件缝高比α0/h≥0.4时，所计算的KiniIc、CTODc也基本上与α0/h无关，但采用不同的闭合

5、力方程所计算的KiniIc却有所不同，可见断裂能Gf及σ-ω曲线形状对KiniIc有明显影响。表2双K断裂参数计算结果KcIc/(MPa·m1/2)KiniIc/(MPa·m1/2)KunIc/(MPa·m1/2)CTODc/mm试件编号αc/mmΔαc/mm方程(8)方程(9)方程(8)方程(9)ωs1ωs2ωs3ωs4175.1213.4344.6289.295.153.444.649.31.35380.91640.83780.98042.00001.39691.28651.48361.00631.382

6、51.08631.16750.36010.90210.63760.66422.36012.29901.92412.14790.078480.042860.030490.040215结论　　根据本文的计算及分析，可以得到如下结论：(1)混凝土结构的裂缝在起裂后，由于闭合力的作用使之在失稳断裂前存在较大的亚临界扩展阶段，而不象脆性材料一经起裂便失稳扩展。(2)混凝土失稳断裂韧度KunIc与试件初始缝高比无关，可以作为混凝土材料的断裂参数。(3)当试件初始缝高比α0/h≥0.4时，根据虚拟裂缝模型计算的混凝土Kin

7、iIc及临界裂缝尖端张开位移CTODc值也与试件α0/h无关。(4)采用不同的闭合力方程所计算的KiniIc相差较大，因此在计算KiniIc时应考虑断裂能Gf及σ-ω曲线形状的影响。(5)当α0/h≥0.4时，KiniIc、KunIc及CTODc可以作为混凝土的材料常数，因此在测定KiniIc、KunIc及CTODc时α0/h宜取0.4～0.6。参考文献：［1］徐世烺，赵国藩。混凝土裂缝的稳定扩展过程与临界裂缝尖端张开位移[J]。水利学报，1989，(4).［2］徐世烺，赵国藩。光弹贴片法研究混凝土裂缝扩展过

8、程[J]。水力发电学报，1991，(3).［3］吴智敏，徐世烺，王金来。基于虚拟裂缝模型的混凝土双K断裂参数[J]。水利学报，1999，(7).［4］ShilangXu，REinhardtHsoNormal>［5］中国航空研究院主编。应力强度因子手册[M]。北京：科学出版社，1981.［6］REInhardtHW,CornelissenHAW,HordijkDA.Tensiletestsandfai