混凝土断裂过程区特性分析及断裂尺寸效应研究

作     者：杨显华 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑丹;李鑫鑫

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：混凝土 三点弯曲试件 断裂过程区 断裂模型 尺寸效应 

摘      要：断裂过程区的存在使得线弹性断裂力学(LEFM)不再适用于混凝土结构的断裂分析,也是导致混凝土尺寸效应的主要原因,对混凝土断裂过程区特性分析一直是混凝土材料力学领域急需解决的问题。混凝土是一种准脆性材料,其断裂过程区是较为复杂性的,迄今为止,国内外对混凝土材料断裂机理的研究还没有一个公认的结论,混凝土软化参数的取值问题也有待解决。因此本文采用试验研究与数值计算相结合的方法,分析了三点弯曲梁试件断裂过程区的位移分布规律,进一步明确了混凝土断裂机理和过程区力学特性,并研究了混凝土断裂参数在试件高度和厚度方向的尺寸效应。本文主要开展的工作如下:(1)采用数字图像相关技术(DIC)观测了带预制裂缝的三点弯曲梁试件在加载全过程裂纹的扩展情况,并采用电阻应变片法测量了混凝土三点弯曲梁试件的起裂点和起裂荷载。(2)通过试验研究得到的断裂全过程位移场,研究了混凝土材料三点弯曲梁断裂试验中裂纹沿断裂过程区张开位移分布规律,并分析了不同荷载级别所对应的断裂过程区尺寸以及裂纹张开位移分布斜率随试件高度和厚度的变化规律。(3)通过DIC方法获得了裂纹沿断裂过程区的位移分布,并在此基础上获取了混凝土的软化参数。将不同荷载下模型计算的张开位移分布、裂纹扩展长度以及位移分布斜率等与试验结果进行了比较。(4)在试验结果的基础上,从混凝土断裂过程区的软化参数出发,计算了混凝土三点弯曲试件断裂试验中的断裂参数,分别研究了试件高度和厚度对各断裂参数的影响规律,并将本文建立的软化参数获取模型与双K断裂模型以及尺寸效应模型进行了比较,解释了混凝土的尺寸效应现象。