论文部分内容阅读
目前,许多学者对静态条件下混凝土裂缝扩展过程进行了广泛研究,取得了系列成果。但是,众多混凝土结构常处于动态荷载的作用下,其断裂破坏过程与加载速率密切相关。因此,对率相关的混凝土Ⅰ型、Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程的研究具有重要的实际意义。本文利用试验与数值模拟相结合的方法研究了不同加载速率下的混凝土Ⅰ型、Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展的全过程,主要工作和结论如下:(1)采用15根三点弯曲梁混凝土试件,进行了加载速率分别为0.012、0.12、1.2、12、120 mm/min下的混凝土Ⅰ型裂缝断裂试验,测得了裂缝扩展全过程中的峰值荷载、荷载-裂缝口张开位移曲线(P-CMOD曲线)、Ⅰ型起裂断裂韧度和断裂能等。在此基础上,基于以起裂韧度为参数的Ⅰ型裂缝扩展准则,采用有限元法模拟了各加载速率下Ⅰ型裂缝扩展的全过程,并将准则计算结果与试验结果进行比较研究。结果表明,在不同加载速率下准则计算的P-CMOD曲线均与试验结果吻合良好,峰值荷载相对误差均在8%以内;混凝土Ⅰ型起裂断裂韧度和断裂能与加载速率的对数呈线性正相关;随加载速率的提高,峰值荷载均有明显增加,峰值荷载对应的CMOD_C也呈增大趋势;相同荷载下,随加载速率的提高,断裂过程区长度、初始裂缝尖端处的应力及裂缝扩展阻力(K_R阻力)也呈增大趋势。(2)采用四种不同开缝位置共计60根四点剪切梁混凝土试件,研究了加载速率分别为0.012、0.12、1.2、12、120mm/min的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程,测得了裂缝扩展全过程中的最大荷载、荷载-裂缝口剪切位移曲线(P-CMSD曲线)、荷载-裂缝口张开位移曲线(P-CMOD曲线)及裂缝扩展路径。在此基础上,基于以起裂韧度为参数的混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展准则,采用有限元法模拟了各加载速率下的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程,并将准则计算结果与试验结果进行比较研究。结果表明,在不同加载速率下四点剪切梁试件的P-CMSD曲线、P-CMOD曲线及裂缝扩展路径均与试验结果吻合良好;最大荷载的相对误差均在10%以内,但随加载速率的提高,最大荷载计算结果与试验结果的相对误差呈增大趋势。研究结果还表明,最大荷载及其对应的裂缝口张开位移也随加载速率的增大而上升,但裂缝口剪切位移却基本不变;相同荷载下,混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂过程区的长度也随加载速率提高呈上升趋势。本文的研究结果表明,以起裂韧度为参数的裂缝扩展准则可以用于预测不同加载速率下的混凝土Ⅰ型、Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝扩展全过程。