混凝土尺寸效应研究

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1、12低温建筑技术2014年第6期(总第192期)混凝土尺寸效应研究王兵锋，汤国庆，唐腾飞。(1．中南勘测设计研究院宜昌设计院，湖北宜昌443002；2．国电大渡河大岗山水电开发有限公司，成都625401；3．贵阳勘测设计研究院．贵阳550000)【摘要】尺寸效应是水利工程施工中混凝土结构强度、承载力计算必须考虑的重要因素。文中阐述了混凝土尺寸效应产生机理、现有理论等研究现状，并收集了大量关于混凝土抗压强度尺寸效应的实验成果，发现其混凝土试件尺寸与其抗压强度之间具有较强的相关性，这种相关性可由统一的经验表达式来描述。【关键词】混凝土；尺寸效应；抗压强度；

2、相关性【中图分类号】TU528．0【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)06—0012—03尺寸效应是指材料的力学性能不再是一个常数，(1)该理论认为当结构尺寸较大时，其遇上低而是随材料几何外形尺寸的变化而变化。对于土木强度材料的小单元机率会随着尺寸增大而变大，而引水利工程施工中常用的混凝土材料而言，其尺寸效应起尺寸效应。主要表现为：当构件尺寸增大时，强度反而减小，断裂(2)Weibull经典统计理论主要基于概率分析能随之增大。有关尺寸效应的研究开始于15世纪，由理论，其假定条件如下：①任一个小的单元达到了强LeonardodaVi

3、nci首先提出，Gonnerman首次将其应用度的极限会导致整个混凝土材料结构中失效；②失效于混凝土材料的研究。混凝土构件真实强度、承载的单元是不具备关联性；③材料强度极限随机。性、结构耐久性等材料性能与尺寸效应存在一定的关(3)均匀应力下，同等加载的试件、的尺寸系，在混凝土材料应用研究中，尺寸效应问题成为是效应表达式为：一个重要课题。or1，、士‘1尺寸效应产生机理引起混凝土尺寸效应的因素是多方面的，文中从式中，为试件体积；／'n为是材料参数(即Weibull以下几个方面进行简述：模量，计算混凝土材料时取m=12)。(1)由边界层引起的尺寸效应。产生

4、边界层的2．2能量释放尺寸效应理论’主要原因可分为三类。第一种类型，是由于浇筑构件(1)Bazant认为应力重分布和释放储存在结构时机械振捣等影响，在大骨料与小骨料分布的区域之中的能量引起裂纹破坏的局域化引起尺寸效应。间产生了与构件尺寸本身无关的边界层。第二种类(2)该定律应用于混凝土的特定条件为：①断型是由不同区域之间的弹塑性差异引起的。第三种裂或断裂带的扩展要求断裂平面上提供的能量近似类型是泊松效应。为常数；②结构由于断裂或断裂带的扩展而释放的能(2)由扩散引起与时间相关的尺寸效应。半干量是可以用断裂长度或断裂过程区尺寸来表示的一燥期，试件内部不均

5、匀扩散产生残余应力，导致试件个函数；③几何相似的试件结构的破坏形态也是几何发生非弹性应变和开裂。由于大、小试件的干燥速率相似的；④结构在起裂处不失效；⑤尺寸范围为1：20。不同，其开裂的密度和程度存在差异，引发尺寸效应。(3)Bazant在大量的实验基础上，提出了和弹(3)由水化热等其它化学反应产生的尺寸效塑性理论相对应的计算公式。应。水泥水化放热量因试件尺寸而异，试件内部温度卢=D(2)，随尺寸增大而升高。温度的不均匀分布引发的温度应力超出材料的极限强度时，会导致混凝土的材料结式中为材料的抗拉强度；B为无量纲常数；D。构性能发生改变，由此造成尺寸效应

6、。为依赖于结构几何的常数；(利用多组实测实验数据此外，产生尺寸效应机理的因素还包括：由材料得出的回归系数)。强度的随机性、能量释放和裂纹表面的分形特征引起2．3裂纹的分形特性尺寸效应理论的尺寸效应。(1)Carpinteri认为由于混凝土材料细观结构的2尺寸效应理论简析随机无序性和各种材料微缺陷的相互作用的存在，致2．1尺寸效应统计理论使宏观断裂力学理论失效。王兵锋等：混凝土尺寸效应研究13(2)该定律应用于混凝土的特定条件为：①单表1混凝土抗压强度尺寸效应实验数据一的分形裂纹扩展会引起构件失去功能；②分形断裂能是一个可以定义能量耗散的材料常数；③尺寸

7、范围约为1：10，结构非稳定开裂情况下。(3)在分形维数可以认为是常数的情况下，Carpinteri提出双参数模型的尺寸效应公式如下：／AB(3)：=式中，为名义强度为最小名义拉伸强度；z。为材料特征尺寸；D为结构特征尺寸；A、为依赖于结构几何的参数。3混凝土尺寸效应的相关性依据现有尺寸效应理论公式(公式1～3)，在计算非实验尺寸混凝土试件的抗压强度时，需要进行多组实验回归计算出公式中相应的几何特性常数，并测量根据收集的实验数据，分别采用指数函数式和二材料相应的抗拉强度或名义最小抗拉强度。次多项表达式进行试件尺寸与抗压强度比值相关性水工混凝土实验规范(

8、SL352—2006)中规定，以的回归拟合，见图1。其数据拟合的复相关性系数分28d标准养护条