强度等级对混凝土双k断裂参数的影响

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1、第３０卷第９期水电能源科学Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．９２０１２年９月ＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＰｏｗｅｒＳｅｐ．２０１２文章编号：１０００－７７０９（２０１２）０９－００７７－０５强度等级对混凝土双Ｋ断裂参数的影响胡少伟１，２，范向前１，陆俊２（１．河海大学力学与材料学院，江苏南京２１００９８；２．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２４）摘要：将线弹性断裂理论与虚拟裂缝模型相结合，利用三点弯曲梁试件在试验中测得了最大荷载、裂缝口张开位移等参数，并据此计算了尺寸为１１００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ的３组不同强度等级混凝土试件的起裂荷载、临界有效裂

2、缝长度、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度（即双Ｋ断裂参数）。结果表明，起裂荷载、最大荷载、起裂断裂韧度、失稳断裂韧度均随试件强度等级的增大而增大，且起裂荷载占失稳荷载的比重亦随试件强度等级的增大而增大，试件从起裂到破坏持续时间随强度等级的增大而变短。起裂韧度与失稳韧度的比值小于起裂荷载与最大荷载的比值。试件设计强度等级越大，临界有效裂缝长度值越小，延续越差，脆性越大，由起裂到失稳的时间亦越短。关键词：强度等级；混凝土；双Ｋ断裂参数；裂缝张口位移中图分类号：ＴＵ５２８文献标志码：Ａ１９６１年Ｋａｐｌａｎ将线弹性断裂力学理论用于系，混凝土断裂裂缝扩展过程分为

3、初始起裂、稳定分析混凝土构件之后，混凝土断裂试验研究工作扩展和失稳破坏３个阶段。对带裂缝的混凝土构［１］才得以推广。混凝土在承受荷载前内部就存在件，由于裂缝尖端存在稳定扩展阶段，在荷载位移微孔穴和微裂纹，在承受荷载后新出现的裂缝或曲线上表现出明显的非线性特征，这就意味着线在原有裂纹基础上发展，或以骨料破坏的形式出弹性断裂力学（ＬＥＦＭ）不能直接应用于混凝土裂［８］现，或是在骨料间与水泥浆基体的粘结部位出现，缝体的研究。为此，ＸｕＳｈｉｌａｎｇ等根据混凝土或是上述三种情况同时出现。对混凝土裂缝特性已有理论并结合混凝土自身变形特点，以线弹性的研究，始于

4、１９７６年Ｈｉｌｌｅｒｂｏｒｇ提出的虚拟裂纹断裂力学为基础，考虑作用在断裂过程中粘聚力［２］模型（ＦＣＭ），这也是混凝土断裂力学成熟的起的影响，提出了混凝土非线性断裂模型—双Ｋ断裂模型。该模型中，Ｉ型裂缝用起裂韧度（ＫＱ）和点，之后被不断完善。由于混凝土自身存在不可ＩＣ避免的微裂纹，使混凝土裂缝前缘部分传递应力失稳韧度（ＫＳ）分别表示裂缝起裂和失稳的临界ＩＣ的能力被削弱，这一现象称为混凝土材料的软化。状态，并创立了双Ｋ断裂判据。具体描述为：当目前，对混凝土断裂性能的研究主要集中于断裂Ｑ时裂缝稳定，当Ｋ＝ＫＱ时裂缝开始起Ｋ＜ＫＩＣＩＣ试验采取的试验方

5、法、断裂参数的尺寸效应、断裂裂，当ＫＱＳ时裂缝处于稳定扩展阶段，ＩＣ＜Ｋ＜ＫＩＣ韧度和断裂能的测试及计算、断裂特征分析等方当Ｋ＝ＫＳ时裂缝处于临界失稳状态，当Ｋ＞ＩＣ［３～７］面，而混凝土强度等级对其断裂韧度影响的Ｓ时裂缝处于失稳扩展阶段。２００５年，双Ｋ断ＫＩＣ研究则相对较少。鉴此，本文以混凝土强度等级裂模型被引入我国《水工混凝土断裂试验规程》为参数，采用三点弯曲梁试验方法，得到了３种强中［９］，并给出了双Ｋ断裂韧度的计算方法。度等级混凝土的断裂参数，总结了不同强度等级１．１失稳断裂韧度的计算混凝土断裂参数的变化规律，比较了强度等级对根据我国现行

6、规程［９］，三点弯曲梁法失稳断混凝土断裂性能的影响。裂韧度公式为：－２］×１０－３１／２Ｓ１．５［Ｆｍａｘ＋（ｍｇ／２）×１０Ｓａｃ１双Ｋ断裂理论ＫＩＣ＝２ｆ（α）ｔｈ混凝土的受力特性与裂缝的发展有密切联（１）收稿日期：２０１１－１２－０１，修回日期：２０１２－０２－２７基金项目：２０１２年水利部公益性行业科研专项基金资助项目（２０１２０１０３８）；２０１２年江苏省研究生科研创新计划基金资助项目（ＣＸＬＸ１２＿０２２９）作者简介：胡少伟（１９６９－），男，博导、教授级高工，研究方向为水工结构工程与材料，Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕｓｈａｏｗｅｉ＠ｎｈｒｉ．ｃ

7、ｎ·７８·水电能源科学２０１２年其中２）１．９９－α１（１－α１）（２．１５－３．９３α１＋２．７α１ｆ（α１）＝（１＋２α）（１－α）３／２１１α１＝ａｃ／ｈ１／２２ｔＥＶｃａｃ＝（ｈ＋ｈ０）ａｒｃｔａｎ（－０．１１３５）－ｈ０π３２．６Ｆｍａｘ图１试件形状及尺寸１２πａ０＋ｈ０Ｅ＝３．７０＋３２．６０ｔａｎＦｉｇ．１Ｓｈａｐｅａｎｄｓｉｚｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓａｍｐｌｅｔｃｉ［（２ｈ＋ｈ０）］３００ｍｍ（长×宽×高）的棱柱体，初始裂缝长度为式中，Ｆｍａｘ为最大荷载；ｍ为试件支座间的质量８０ｍｍ；每组试件设计５个，根据混凝土设计强度（用试件总质

8、量按Ｓ／Ｌ比折算，Ｌ为试件总长等级对试件进行编号，ＴＰＢ２０代表设计强度等级度）；ｇ为重力加速度；Ｓ为试件两支座间的跨度；