混凝土结构裂缝扩展的双K断裂准则_徐世烺

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1、第25卷第2期土木工程学报1992年4月‘混凝土结构裂缝扩展的双犬断裂准则徐世娘赵国藩(大连理工大学)【提要】本文在对大型紧凑拉伸试件断裂实验和光弹性贴片法观察结果进行分析的基础,。,上寻找到适合于裂缝扩展问题的K阻力曲线断裂准则提出了与此相等价且更为简单夹’用的双K断裂准则。、一引言,。、混凝土是一种多相复合材料其破坏和断裂机理非常复杂像高混凝土坝海上石油平,,台和核反应堆的混凝土安全壳等大型建筑物要求混凝土在更为复杂的环境下工作这对于.,、,。了解混凝土破坏和断裂机理裂缝的发生扩展过程提出了更高的要求因而已受到国内。,外广泛重视并致力于寻找和建立适用于

2、混凝土裂缝扩展问题的断裂准则和判据,,。,对于线弹性断裂问题有单一参数的K判据能量释放率G判据对于弹塑性断裂间题,。有单一参数J积分判据裂缝尖端张开位移判据作,者在最近采用激光散斑照像法和光弹性贴片法对混凝土裂缝扩展的观察研究表明混‘渔,昌’。:,凝土裂缝有着稳定的扩展阶段它的破坏机理是在荷载作用下缝端局部高应力区,,将出现微裂缝区随着荷载的增大和微裂缝区的增长将会不断地形成主裂缝的起裂和扩。,。展对于这一现象采用什么样的断裂参数作为断裂准则这将是本文所要讨论的间题、二混凝土起裂断裂韧度K礼和等效断裂韧度K拓3〕。我们在文献〔中采用大型紧凑拉伸试件进行了混

3、凝土断裂试验试件加载简图见文献。..,‘〔3」所示采用l/h=10,了=025/的非标准紧凑拉伸试件其应力强度因子由下式计算”-,-a、一8/2一一/,。二一八挤了h/尸=3675tl一一》(1)、nl1)的计算结果与文献4.8,2式(〔〕用边界配位法求得结果的最大误差为3写这里0.

4、荷载尸~相对应的刀ac及与起裂时相对应的起裂荷载尸值如表所示当试件高lm时,。。无关度达到各试件的临界裂缝稳定扩展量才气基本上是一个与试件尺寸及初始缝长。,,,的量从对断裂过程的观察可知混凝土裂缝是先起裂经过较长的裂缝稳定扩展阶段而一份一一~~一-一一-一.水利水电科—学基金资助的项目-一33。后进人失稳破坏a。1)。,若将预制缝长和起裂荷载P.代入式(求得与裂缝起裂相对应的断裂韧度记为K璧a=a。+l将由有效裂缝长度刁ao和最大荷载p尸~(l)求得与失稳断裂相对应.‘期,代入式!。,。的修正断裂韧度记为Kl则各试件的K赞2。和K加如表所示,表2中各K知值

5、有一定的离散性最大.5%,变异系,值与平均值的偏差为12数C为.,009可以认为这完全是由于混凝土材料本。2」已求得身的离散性造成的在文献〔·,一5,一4,一,一2CT6CTCTCT3CT五种,尺寸共计U个试件的Kl。的平均值为2556侧。Ma口一。(m.P了而几可见这两者是相当接近的一一筋一节厂蔺几扩下贫气这就是说对于高度为lm以上的混凝土结构0‘T一苏一1‘C下6一1a。无关的存在着两个与试件尺寸和初始缝长。,、用xc6佗口c2一弓材料参数其中一个控制着裂缝的起裂升卜K。;,l赞表示另一个控制着裂缝的失稳破坏图光弹性贴片法观察到的各大型混凝上一一Pa用

6、K笼。。试件的荷载裂缝稳定扩展量刁关系曲线表示表1与二试件编号试件尺寸预制缝长起裂封街载l最大荷载P。对应的临界XXt,1h口o尸l尸裂绝稳定扩展t刁‘(mm)(mm)(kN)(kN)(mm)(2)(3)(4)(5)(6)一一占.,遥n枯八”61X3x上O‘n‘比O吸‘八UOnl‘UUQ甘月On口UJ任O,曰经丹八UJO丹‘,二O口孟几‘,曰乙.,CT3000000200O20141.6S3Z.10710表一一CT623000X3000X200一一CT311500城1500x200⋯一一CT231000x1000X200‘;一.书井千黔护黔干毕察cT一6·

7、2”00K·峨63··OX“ooo“00“”峨67“551}}}}一一i···cT31500“’500“200“458“538“852}}}}一三缨燮冥一井黑一州一卜一李理婴里上一书竺一·均”4仔1一}1岁二一、,一三尤阻力曲线一,,.在金属材料的断裂研究中对于小范围裂缝扩展的稳定性分析提出了R曲线概念如一一一--~-........—,二。果采用J积分作为断裂控制参数则称为J阻力曲线erg’,一,提出虚拟裂缝模型的瓦1bor认为“只要可以采用线弹性断裂力学的假设条件。,则这种方法就比借助FCM模型的数值解更容易文献〔3」的研究表明对于高度大于Zm的,。,

8、f构件线弹性断裂力学的断裂韧度准则是适用的此外我们还发现混凝土失稳