含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析.pdf

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1、第１期水利水运工程学报Ｎｏ．１２０１７年２月ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＦｅｂ．２０１７ＤＯＩ：１０．１６１９８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００９－６４０Ｘ．２０１７．０１．００１胡少伟，胡鑫．含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１７（１）：１－９．（ＨＵＳｈａｏｗｅｉ，ＨＵＸｉｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｉｅｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗｅｄｇｅｓｐｌｉｔｔｉｎｇｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｉｔｈｃａｖｉｔｙｄｅｆｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏ⁃ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉ

2、ｎｇ，２０１７（１）：１－９．（ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ））含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析１１，２胡少伟，胡鑫（１．南京水利科学研究院，江苏南京２１００２９；２�河海大学水利水电学院，江苏南京２１００９８）摘要：为研究空洞缺陷对混凝土楔入劈拉性能的影响，将空洞缺陷等效为相应纵向截面高度的损失量，并推导了含空洞缺陷混凝土楔入劈拉断裂参数的计算式，同时利用改进型测试装置进行了８组共３２个试件的楔入劈拉性能试验，分析研究了空洞尺寸及其位置变化对试件楔入劈拉性能的影响规律。结果表明，起裂荷载、失稳荷载、起裂张口位移和失稳张口位移都随着空洞尺寸增大（直径０～１２０ｍｍ）而降低，降

3、幅分别为４３�５９％，２３�７５％，３９�８５％，５４�５０％；空洞缺陷对混凝土的起裂韧度影响较小，但却会明显降低混凝土失稳韧度，随着空洞尺寸增大，其降幅达到４６�２０％；空洞位置对混凝土断裂特性的影响跟裂纹扩展路径相关，当裂纹经过空洞时会降低相关参数，当其远离空洞区域时，则影响较小。关键词：楔入劈拉；空洞缺陷；混凝土断裂；性能分析中图分类号：ＴＶ３３１；ＴＵ３１７�１文献标志码：Ａ文章编号：１００９－６４０Ｘ（２０１７）０１－０００１－０９混凝土已被广泛应用于土木、水利工程中，但同时混凝土又是一种多元、多相、非均质准脆性材料，其复杂性和随机性导致了在浇筑、养护和环境变

4、化过程中都可能出现各种缺陷，如微裂纹、不密实等，这些都将影［１－２］响结构的耐久性和稳定性。而空洞是混凝土常见的内部缺陷之一，是浇筑时内含杂物或振捣不完整等原因而形成的内部实体缺失现象。在国外，Ｍｕ和Ｓｃｈｕｌｔｚ等采用非线性有限元法对偏心竖向荷载作用下的空心墙进行稳定性分析，探讨了［３］内部空洞深度对于临界轴向荷载的影响；Ｌｉｕ和Ｆｏｋ等利用声发射测定压向荷载作用下表面有盒状空洞［４］的复合树脂陶瓷材料的断裂性能；Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ等通过观测轴承钢的内部缺陷引起的裂缝扩展过程，指出夹［５］杂物导致的空洞会降低钢的疲劳寿命并提出修复措施。在国内，孙国有将细观空洞扩张与Ⅰ

5、⁃Ⅱ复合型裂［６］纹相结合，推导相应断裂参量；王志杰分析了围岩内出现断裂空洞现象的原因，揭示该现象的可预测性，［７］并用算例进行验证；蔺海晓以弹性损伤机理的有限元程序模拟空心砖的抗折能力，探讨空洞率对抗折强［８］［９］度的影响规律；Ｚｈａｏ等研究了脆性岩石在单轴压向荷载作用下圆柱形空洞的断裂演化过程。在混凝土［１０－１２］断裂方面，徐世烺提出双Ｋ模型并进行大量试验，范向前和胡少伟等开展大量断裂试验并结合声发射［１３－１５］特性分析断裂过程，积极地推进国内混凝土断裂特性研究。但目前对于有缺陷的混凝土力学行为研究成果较少，尤其是考虑内部空洞缺陷对混凝土断裂性能影响［１６］的

6、研究。另外，徐世烺将双Ｋ断裂模型应用于丹江口大坝的结构安全性评价，但也未能考虑含缺陷混凝土对结构力学行为的影响。鉴于此，本文以含空洞的混凝土为研究对象，采用改进型的楔入劈拉测试装置开展８组试验，研究空洞缺陷尺寸、位置的变化对断裂性能的影响规律。收稿日期：２０１６－０２－２１基金项目：国家杰出青年科学基金资助项目（５１３２５９０４）；水利部公益性行业科研专项经费项目（２０１５０１０３６）作者简介：胡少伟（１９６９—），男，河南开封人，教授级高级工程师，主要从事工程结构和材料的科研工作。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｈｕｓｈａｏｗｅｉ＠ｎｈｒｉ．ｃｎ通信作者：胡鑫（Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｇｉｎ１６

7、３＠ｑｑ．ｃｏｍ）２水利水运工程学报２０１７年２月１断裂参数的确定１.１楔入劈拉断裂参数推导［１９］徐世烺等进行楔入劈拉试验时，利用支承体、传力装置的荷载处于同一竖向平面内的方式抵消了竖向荷载和部分试件自重，从而获得较为可靠的断裂参数。本次试验中，将采用团队研制的改进型传力［１７］装置进行试验，该装置对于任何尺寸楔入劈拉试件都能实现荷载加载点位于试件上部四分点处，同时下部支座置于底面四分点处，这样能恰好确保荷载竖向分力、自重、支座反力处于同一竖向平面，使得支座反力能够抵消自重和荷载竖向分力，也消除自重的偏心作用，根据力平衡条件，其受力状况