不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双k断裂韧度试验研究与理论分析

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1、第35卷第4期华北水利水电大学学报(自然科学版)Vo1．35No．42014年8月JournalofNoAhChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower(NaturalScienceEdition)Aug．2014DOI：10．3969／j．issn．1002～5634．2014．04．010不同尺寸混凝土楔入劈拉试件双K断裂韧度试验研究与理论分析胡少伟，谢建锋。(1．南京水利科学研究院，江苏南京210024；2．水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏南京210024)摘要：为了研究不同尺寸的混凝土结构的断裂性能，设计了

2、5组共2O个不同截面高度的楔人劈拉试件进行混凝土断裂试验．改进了试验加载装置以抵消竖向力的作用，简化了分析计算．在双K断裂理论的基础上，采用应力强度因子叠加原理对不同截面高度的楔入劈拉试件的有效裂缝长度和双K断裂韧度进行了计算．试验结果表明：在200—700Bin设计的截面高度范围内，试件起裂荷载、失稳荷载及有效裂缝长度均随截面高度的增大而呈线性增大；起裂断裂韧度基本不受试件高度变化的影响；失稳断裂韧度在试件截面高度低于500mm时表现出一定的尺寸效应，随试件高度增大而逐渐增大，当试件截面高度大于500mill时其值趋于稳定，可认为是一个常数．关键词：楔人劈拉试件；叠加原理；

3、双K断裂韧度；尺寸效应中图分类号：TV43；TV331文献标识码：A文章编号：1002—5634(2014)04—0043—05三点弯曲梁法和楔人劈拉法是《水工混凝土断入劈拉法的结果中则具有尺寸效应．因而有必要对裂试验规程》(DL／T5332-2005)⋯(以下简记为楔入劈拉试件断裂韧度的尺寸效应问题进行进一步《规程》)推荐的两种混凝土断裂韧度测定标准方试验研究．法．为满足不具有尺寸效应的最小尺寸的要求，《规目前，楔人劈拉试件断裂韧度的计算主要采用程》对试件的标准尺寸进行了规定，如楔人劈拉试有限元法、权函数法及其他的近似方法，并没有统一件推荐尺寸为200mlTl×200mm×

4、200mm．在荷载的计算公式．《规程》给出的标准楔人劈拉试件作用下，混凝土结构的承载能力大都具有较明显的近似采用了紧凑拉伸试件的断裂韧度计算公式，忽尺寸效应，但其尺寸效应的大小难以定量描述，不利略了竖向力作用的影响．实际上，荷载和自重产生的于正确评判结构的性能．许多学者对混凝土断裂韧竖向力与支座反力并不完全共线，尤其是非标准试度等参数的尺寸效应问题进行了研究，试图建立尺件所产生的偏差更大，因而计算结果的粗略会对尺寸与断裂参数的关系．BazantZP等通过量纲分析，寸效应的研究产生一定影响．要解决楔人劈拉试件采用线性拟合来表述混凝土、岩石等准脆性材料的断裂韧度计算不准确的问题，

5、笔者认为主要有两种尺寸效应“．HUXiao．zhi等基于局部断裂能，利途径：①调整夹具以消除竖向力对裂缝尖端断裂韧用双线性边界效应模型解释了尺寸效应是裂缝长度的影响，进而套用紧凑拉伸试件计算公式进行计度、试件尺寸和边界三者相互作用的结果．在经算；②推导出适应于楔入劈拉试件断裂韧度计算的典的理论基础上，有学者采用试验方法对混凝土断准确公式．基于以上思路，在对楔入劈拉试件加载装裂参数的尺寸效应问题进一步开展了研究．较多的置进行调整以满足途径①的基础上，采用叠加原理试验结果证明一，断裂韧度测定在采用三点弯曲推导了适应于不同尺寸楔人劈拉试件断裂计算的公梁试验的结果中一般不具有尺寸效应

6、，而在采用楔式，研究尺寸变化对混凝土楔人劈拉试件双K断裂收稿日期：2014—06—23基金项目：国家杰出青年科学基金(51325904)；国家自然科学基金(51279111，51309163)．作者简介：胡少伟(1969一)，男，河南杞县人，教授级高级工程师，博导，博士，主要从事混凝土损伤断裂方面的研究华北水利水电大学学报(自然科学版)2014年8月韧度的影响规律．系为⋯1断裂参数的计算cD。=‘⋯()(、3)，EtD非标准楔入劈拉试件断裂韧度并没有统一的计VM(O1)=1．458—0．304a一0．924ct+48．34ct一算公式，可利用TadaH等¨推荐的单边开口受轴1

7、23．5a+120．5a(4)拉作用和纯弯矩作用计算公式叠加而得其计算式．式中：CMOD为由纯弯矩产生的裂缝张El位移；M图1为楔人劈拉试件整体受力图，外荷载加载中心试件水平力对中心轴的弯矩，=÷P．和支座均位于试件四分点处，故外荷载产生的竖向力P和试件自身重力mg均可由支座反力抵消，从根据叠加原理，裂缝张口位移为CMOD=CMOD+CMOD(5而可简化为试件只受外荷载产生水平力P的作用，进一步可以等效为试件受轴拉和纯扭叠加作用，如即CMOD=[4Ve()+12V~(训．图2所示．裂缝起裂前，a=a。，