混凝土Ⅰ型裂缝扩展准则比较研究

作     者：王璀瑾 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴智敏

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：超高强混凝土 双K断裂参数 裂缝扩展准则 数值模拟 KR阻力曲线 

摘      要：在混凝土断裂分析中,一个描述准确且适用广泛的裂缝扩展准则对于分析混凝土材料的裂缝扩展全过程至关重要。裂缝扩展准则可以反映裂缝扩展过程中裂缝尖端应力场和混凝土材料自身抗力之间的关系,进而对裂缝扩展全过程进行分析和描述。本文采用试验、数值模拟和解析计算相结合的方法研究了混凝土I型裂缝扩展准则的适用性问题,主要针对不同强度等级、不同缝高比的混凝土三点弯曲梁试件的裂缝扩展过程进行了比较研究。论文的主要工作和结论如下：(1)采用尺寸为480mm×120mm×60mm的混凝土三点弯曲梁试件,利用试验测得的起裂荷载Pini、峰值荷Pmax及对应的裂缝口张开位移CMODc等参数,得到了最高强度为115.8MPa的超高强混凝土的起裂断裂韧度KICini、失稳断裂韧度KICun和断裂能Gf并与其他强度等级混凝土进行了对比。结果表明,超高强混凝土的KICini、KICum与初始缝高比无关;当初始缝高比相同时,KICini、KICum及Gf随着混凝土强度的增加而增加;(2)分别采用以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则、裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则以及最大拉应力准则,数值模拟了强度等级为C20、C40、C60、C80和C100的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展全过程及试件的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线并与试验结果进行了比较。结果表明,三种准则中以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算得到的峰值荷载及P-CMOD全曲线与试验结果吻合最好。随着混凝土强度等级的提高,最大拉应力准则以及裂尖处应力强度因子为零的裂缝扩展准则计算的P-CMOD曲线与试验结果相比相差较大,而以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则计算结果与试验曲线更为吻合。试验与计算结果表明,以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则更适用于不同强度混凝土材料的断裂分析;(3)分别采用基于粘聚力和裂缝扩展准则的两种KR阻力曲线计算方法计算了不同强度等级、不同初始缝高比的混凝土三点弯曲梁的KR阻力曲线并进行比较分析后发现：对于强度等级在C40以下的混凝土,基于粘聚力和裂缝扩展准则的两种KR阻力曲线计算方法计算得出的KR阻力曲线差别较小,而对于强度等级在C60以上的高强或超高强混凝土则差别较大。这主要是由于两种方法确定的起裂韧度KICini和断裂过程区(FPZ)长度有所差别而导致的。基于裂缝扩展准则的KR阻力曲线由于所需参数较少,在一定程度上节省了计算时间并提高了计算效率,具有更广泛的应用前景。