不同持载历史下混凝土断裂性能试验研究

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裂缝的产生与扩展对重力坝的安全稳定性造成潜在的威胁。实际工程中,重力坝往往处于自重与外部水压力的持续加载状态。已有的研究表明,由于正常蓄水位较低,持续荷载作用下初始裂缝并未产生扩展。此外,迎水面的水位随季节变化,进一步导致持续荷载水平发生改变,重力坝经历不同荷载水平的持续加载历史。为了评估重力坝服役期间的安全稳定性以及剩余承载力,有必要研究持载历史对混凝土断裂性能的影响,包括起裂荷载、峰值荷载、临界裂缝长度、断裂能,起裂断裂韧度、失稳断裂韧度等。针对持载历史对混凝土断裂性能的影响,本文开展了以下研究。(1)采用三点弯曲断裂试验研究持载历史对混凝土I型断裂性能的影响,在电液伺服试验机上开展持载试验以及持载后断裂试验。持载试验包括两个持载阶段,通过改变两个阶段的荷载水平、持续时间以及先后顺序以实现多种工况的持续加载。持载试验后直接进入准静态加载阶段,采用位移控制的加载模式以得到完整的下降段,并得到混凝土的起裂荷载、峰值荷载、临界裂缝长度、断裂能,起裂断裂韧度、失稳断裂韧度等。根据持载试件与伴随试件的对比,可分析荷载水平、持续时间、持载顺序对上述断裂参数的影响。(2)试验结果表明,不同工况的持续加载作用后,持载试件的起裂荷载较之伴随试件显著提高,起裂荷载提高程度与荷载水平呈正相关,但与持载时间无关。持载试件的峰值荷载较之伴随试件显著提高,峰值荷载提高程度与荷载水平和持载时间呈正相关。此外,荷载水平、持续时间、持载顺序对混凝土断裂能影响较小,持载试件的断裂能与伴随试件几乎相同。根据线弹性断裂理论计算了混凝土双K断裂韧度,分析了持载历史对混凝土双K断裂韧度的影响。不同工况的持续加载作用后,混凝土的起裂韧度有所提高,起裂韧度提高幅度与荷载水平呈正相关。尽管持载试件的峰值荷载提高,计算得到的失稳韧度降低。(3)持载试验得到裂缝口张开位移随时间发展曲线,并分析了持载历史对裂缝口张开位移影响。试件变形的增加导致中性轴的上移,进而导致试件底部的拉应力提高。
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