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1、水利学报2006年5月SHUILIXUEBAO第37卷第5期文章编号:05599350(2006)05054311小骨料混凝土双K断裂参数的试验测定徐世,张秀芳,郑爽(大连理工大学土木水利学院,辽宁大连116024)摘要:双K断裂模型以起裂韧度和失稳韧度来描述混凝土裂缝扩展过程,水工混凝土断裂试验规程将双K断裂模型作为该规程的基本理论依据,并将该模型的双K断裂参数作为试验规程要求测定的基本断裂参数。为配合该规程的制定,本文进行了19个三点弯曲梁试件和25个楔入劈拉试件共43个试件的断裂试验,对小骨料混凝土双K断
2、裂参数的起裂韧度和失稳韧度进行直接试验测定。所有试件均为同批浇注相同级配,最大骨料粒径为10mm,试验中采用了电阻应变片法作为确定起裂荷载的参考。结果表明,起裂荷载与最大荷载之比为067~071,起裂韧度与失稳韧度之比为045~050,变化较稳定;楔入劈拉试件高度大于等于400mm、三点弯曲梁试件高度大于等于200mm时,起裂韧度与失稳韧度基本为常数,但同组试件之间具有一定的离散性;两种试件形式的韧度值有一定的差异。根据本文试验数据计算得到的裂缝尖端开口位移临界值较断裂韧度参数更容易受到试件尺寸的影响,楔入劈拉试件高度大于600mm
3、时,其值为0056~0070mm;三点弯曲梁试件高度大于300mm时,其值为0040~0047mm,比较稳定。关键词:混凝土;双K断裂模型;起裂荷载;三点弯曲梁;双K断裂参数;楔入劈拉;尺寸效应中图分类号:TV41文献标识码:A1研究背景将断裂力学应用于实际工程设计,首先需要准确地测定混凝土材料的断裂韧度。自20世纪60年代以来,各国学者进行了大量的试验研究,致力于建立反映混凝土断裂特性的断裂模型,寻求一种简便可行的测定混凝土材料与尺寸无关的真实的断裂韧度值的方法。如文献[1~3]采用多种近代试验观测手段,发现混凝土裂缝失稳断裂前
4、存在着裂缝的稳定扩展阶段和断裂过程区;文献[4~7]根据各自的试[4]验结果建议描述!型裂缝断裂过程区的不同形式的拉伸软化本构关系表达式;Hillerborg等提出了以[8]断裂能GF表征!型裂缝断裂过程区内裂缝黏聚力的虚拟裂缝模型(FictitiousCrackModel);Bazant等提出裂缝带模型(CrackBandModel)并成功应用于混凝土和钢筋混凝土结构破坏过程的有限单元法数值计算。许多学者提出了考虑裂缝失稳断裂前的稳定扩展并以临界应力强度因子为参量的各种混凝土断[9][10][11]裂模型,如Jenq等提出的两参数断裂模型
5、(TwoParameterFractureModel),Swartz等和Karihaloo等[12]分别提出的等效裂缝模型(EffectCrackModel),Bazant等提出的尺寸效应模型(SizeEffectModel);近年发展出了将裂缝黏聚力和等效裂缝相结合并以应力强度因子为参量的新断裂模型,如徐世和[13,14]Reinhardt提出的双K断裂模型(DoubleKFractureModel)和基于裂缝黏聚力的新KR阻力曲线[15](CohesiveForceBasedKRCurve)。经过我国学术界和工程界20多年的大量
6、试验研究、理论探索和工程应用方面的不懈努力,我国在混凝土断裂力学学科领域已经取得了大量研究成果。我国水工混凝土断裂试验规程编制组确定以具有我国自己知识产权的混凝土双K断裂模型作为理论依据,制定我国水工混凝土断裂试验规程,该收稿日期:20050315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,陕西人,教授,主要从事混凝土断裂力学研究。Email:slxu@dlut.edu.cn∀543∀规程是我国第一部混凝土断裂韧度试验规程,其对测定混凝土双K断
7、裂参数即起裂韧度和失稳韧度的试验方法作了较为系统的规定,为有关工程单位在采用混凝土断裂力学方法判断水工混凝土结构裂缝稳定性和安全性评价以及日后可能的水工混凝土结构设计方法修订所需材料参数提供统一的试验标准。该规程经由国家发展改革委员会正式批准颁布,已于2006年1月1日生效。根据规程编制组的要求,并为规程编制提供第一手实测资料,作者开展了楔入劈拉和三点弯曲两种不同试件形式的断裂力学试验并将研究报告提交规程编制组以供参考,同时在原研究报告的基础上整理成文,目的是为应用水工混凝土断裂试验规程提供较为详细的参考。2双K断裂模型21模型简介
8、混凝土作为一种准脆性材料在断裂时存在断裂过程区,具有一定的亚临界扩展长度。文献[2,3]采用激光散斑、光弹贴片等测试技术,研究了三点弯曲梁及大型紧凑拉伸试件断裂全过程,观测到混
