混凝土Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫起裂準(zhǔn)則的試驗(yàn)研究與裂縫擴(kuò)展過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、混凝土的受力特性與裂縫的發(fā)展密不可分，混凝土裂縫發(fā)展機(jī)理及其定量描述是混凝土結(jié)構(gòu)理論的一個(gè)基礎(chǔ)性課題。然而，由于混凝土材料的不均質(zhì)性和非線性，其破壞過(guò)程并不像脆性材料那樣簡(jiǎn)單，斷裂過(guò)程表現(xiàn)為微裂縫萌生、擴(kuò)展、貫通、直到宏觀裂縫的產(chǎn)生而導(dǎo)致混凝土失穩(wěn)斷裂的過(guò)程。同時(shí)由于結(jié)構(gòu)或荷載的不對(duì)稱及材料各向異性等原因，實(shí)際結(jié)構(gòu)中的裂縫通常是處于復(fù)合應(yīng)力場(chǎng)下，這就使得裂縫尖端附近的應(yīng)力場(chǎng)不是單純的Ⅰ型(張開(kāi)型)、Ⅱ型(滑移型)或Ⅲ型(撕裂型)，而是Ⅰ

2、、Ⅱ型甚至Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型同時(shí)存在，這種裂縫稱為復(fù)合型裂縫。在實(shí)際工程中，又以Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫最為常見(jiàn)。因此Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫的起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展全過(guò)程及各階段所對(duì)應(yīng)的斷裂參量成為人們普遍關(guān)心的內(nèi)容。針對(duì)這些問(wèn)題，本文通過(guò)試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，開(kāi)展了如下的研究工作： 1、Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫起裂準(zhǔn)則的試驗(yàn)研究采用尺寸分別為900x200x200mm、1300x300x200mm、1 700x400x200mm、2100x500x200

3、mm、2500x600x200mm，75個(gè)共13m3混凝土試件，進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲(純Ⅰ型)和四點(diǎn)剪切(Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型)的斷裂試驗(yàn)研究。根據(jù)所測(cè)得的各個(gè)試件起裂荷載，確定四點(diǎn)剪切狀態(tài)下較為合理的荷載布置方式，通過(guò)有限元法計(jì)算開(kāi)裂狀態(tài)下的KⅠ、KⅡ分量，進(jìn)而提出了與以往不同的起裂斷裂準(zhǔn)則，并研究了該準(zhǔn)則的尺寸效應(yīng)。 2、Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫擴(kuò)展全過(guò)程的光彈性試驗(yàn)研究在混凝土斷裂機(jī)理研究中，特別是觀察原型試件的裂縫發(fā)展過(guò)程，光彈貼片具有實(shí)時(shí)、

4、直觀、準(zhǔn)確、便于保存等優(yōu)點(diǎn)。本文采用光彈貼片法對(duì)五種尺寸，共19個(gè)試件進(jìn)行了四點(diǎn)剪切試驗(yàn)研究。通過(guò)光彈貼片表面彩色條紋的變化，觀測(cè)Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫的起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展、失穩(wěn)擴(kuò)展全過(guò)程；依據(jù)光彈貼片的光學(xué)參數(shù)及試件的基本力學(xué)參數(shù)，計(jì)算了各試件貼片中每一級(jí)條紋代表的應(yīng)變值；得到了各個(gè)試件P-△a曲線，并描述了裂縫擴(kuò)展過(guò)程中裂縫尖端主應(yīng)變的變化情況。結(jié)果表明，對(duì)于尺寸相同的一組試件，隨著Ⅱ型分量的增加，起裂荷載逐步增大，且臨界裂縫擴(kuò)展量有增大的趨

5、勢(shì)；對(duì)于開(kāi)縫位置相同，尺寸不同的試件，隨著尺寸的增大，起裂荷載相應(yīng)增加。 3、Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫擴(kuò)展全過(guò)程的數(shù)值分析首先提出了Ⅰ-Ⅱ復(fù)合型裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則，即當(dāng)外荷載引起的裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子與粘聚力引起的裂縫尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子的差值滿足起裂斷裂方程時(shí)，裂縫開(kāi)始擴(kuò)展。結(jié)合根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擬合的起裂斷裂準(zhǔn)則，借助ANSYS有限元計(jì)算軟件對(duì)復(fù)合型斷裂整個(gè)裂縫擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。根據(jù)以上算法，可以在已知起裂準(zhǔn)則、混凝土抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比