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《楔入式紧凑拉伸法确定混凝土的断裂能_徐世烺》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、水利学报2007年6月SHUILIXUEBAO第38卷第6期文章编号:0559-9350(2007)06-0683-07楔入式紧凑拉伸法确定混凝土的断裂能徐世,卜丹,张秀芳(大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024)摘要:本文采用楔入式紧凑拉伸法,对6组不同高度的36个楔入式紧凑拉伸试件进行了断裂试验,研究混凝土断裂能的确定方法和尺寸效应。根据断裂功的计算原理用所测得的荷载与裂缝张开口位移曲线,分别采用幂函数和指数函数拟合得到的尾部曲线对断裂能的贡献,计算出试件的断裂能。结果表明,两种函数拟合得到的尾部曲线有所不同,由此所计算出的断裂能也
2、有一定差异,200mm高的试件的断裂能略小,当试件高度大于300mm后,断裂能不随试件高度的增大而变化,各种尺寸试件断裂能的平均值为204NPm。可认为采用本文试验方法所确定的断裂能在试验的试件高度范围内基本上是常值,无明显尺寸效应。关键词:楔入式紧凑拉伸断裂试验;断裂能;尺寸效应;混凝土中图分类号:TU317文献标识码:A1研究背景混凝土的断裂能GF表征了混凝土材料抵制开裂的能力,其定义为产生单位面积的裂缝所需消耗[1]的平均能量,是混凝土非线性断裂力学研究中需要确定的一个重要参数。Hillerborg提出的单轴拉伸试验一直被公认为测定混凝土断裂能的最理想方
3、法,但稳定的拉伸试验对试验机刚度要求极高,在一般实验室中无法实现。国际结构与材料研究联合会(RILEM)混凝土断裂力学委员会(TC-50FMC)给出了三[2]点弯曲梁确定混凝土断裂能的标准试验方法,相比于直接拉伸试验,其对试验设备和试件的要求都大为降低,然而,由于受到跨高比的限制,当试验大尺寸试件时存在一定困难,且试件的自重对断裂能的影[3]响将更加显著。考虑到这些因素,有学者又提出采用楔入劈拉法测定混凝土断裂能。不管采用哪种试件形式,断裂能研究中的一个重要课题就是其尺寸效应,迄今有关围绕尺寸效应问题的试验工作和研究已进行了很多,但尚未有一个公认的结论。一种观
4、点认为,断裂能的尺寸效应是试[4][5,6]验方法产生的误差所致或对试验曲线尾部处理不当造成的,在采取了必要的措施尽可能地减小试验误差和分析了尾部曲线的贡献后,断裂能应该是不依赖于试件尺寸的。另一种观点认为,由试验室测[7]定的混凝土断裂能存在尺寸效应,只有当构件无限大时断裂能才是恒定的常值。近年来,有些学者分析了试件的边界条件对断裂性能的影响,认为局部断裂能在韧带上分布的不均匀是断裂能产生尺寸效[8~10]应的原因,并推出了与试件尺寸无关的断裂能表达式。根据RILEM给出的计算断裂能的基本公式,需要测量荷载与裂缝张开口位移曲线。当试验的楔入劈拉试件尺寸较小时
5、,裂缝尖端产生的附加弯矩对裂缝的张开或闭合的影响很小,可以近似认为测量的裂缝张开位移值是真实断裂行为的表现。但试件尺寸较大时,若加载夹具的尺寸没有成比例地增加,则由传力板传递到试件上的竖向荷载与支撑反力及试件自重必然在裂缝尖端形成较大的附加弯矩,从而影响裂缝张开位移的实测值和由此计算的混凝土断裂参数值。然而在以往的研究中,由附加弯矩造成的裂缝张开位移CMOD测量误差的影响很少收稿日期:2006-09-11基金项目:国家自然科学基金重点项目(50438010);国家973项目(2002CB412709)作者简介:徐世(1953-),男,湖北人,教授,博士,主要从
6、事混凝土断裂力学及新型建筑材料研究。E-mail:slxu@dlut.edu.cn)683)被考虑。本文的主要目的是在最大限度地降低试验方法引起的误差以及考虑尾部曲线对断裂能的影响后,研究断裂能的尺寸效应问题。为了基本消除附加弯矩的作用,采用楔入式紧凑拉伸试验方法,即采用紧凑拉伸试件形式和楔入劈拉的加载方式,本文称之为楔入式紧凑拉伸断裂试验方法,称这种试件型式为楔入式紧凑拉伸试件。同时,分别以乘幂和指数两种函数形式对曲线尾部进行拟合,并对断裂能进行修正,以分析断裂能与试件高度的关系。2试验概况本试验采用紧凑拉伸试件几何形式和楔入劈拉法的楔入式的加载方式来完成断
7、裂试验,与传统的楔入劈拉试验相比,楔入式紧凑拉伸试验不需要传力板而由楔形夹具和钢轴传递荷载,这样既能消除附加弯矩又不会增加太多的附加重量。而与紧凑拉伸法相比,一个合适楔形角的选取就可以使较小的竖向荷载产生较大的水平力,降低了对试验机刚度的要求。这种加载思想最初是由Hillemeier和[11]Hilsdorf在1977年提出的,试验装置及试件型式如图1所示,竖向荷载P通过具有适当楔角的楔形块、轴承及钢轴转化为水平劈拉荷载作用于试件上,即Ph=PP(2tanA)(1)式中:P为竖向荷载;Ph为水平劈拉荷载;A为楔角。图1楔入式紧凑拉伸试件型式及加载示意试件尺寸如
8、表1,共设计6种高度的紧凑拉伸试件(H
