【摘要】：混凝土的抗拉強(qiáng)度與斷裂韌度是與其重要的材料參數(shù),如何在通過(guò)有效的測(cè)試獲得這兩個(gè)重要參數(shù)一直是混凝土這類(lèi)準(zhǔn)脆性材料斷裂分析的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。由于混凝土材料的非均質(zhì)特性以及試樣對(duì)中等困難,很難通過(guò)直接拉伸的到混凝土的抗拉強(qiáng)度,常規(guī)的混凝土三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)得到的斷裂韌度具有尺寸效應(yīng)等需要尋求新的測(cè)試方法來(lái)獲取這兩個(gè)與試樣幾何或尺寸無(wú)關(guān)的材料參數(shù)�；炷翑嗔蚜W(xué)問(wèn)題研究通常類(lèi)似金屬材料下制作的含直裂縫或尖銳V型切口,但實(shí)際制作中借助鋼片插入等方式很難真正制成含尖銳裂縫的試樣,在孔口總含有一定的曲率。同時(shí)在土木基礎(chǔ)工程中有時(shí)也可能出現(xiàn)非尖銳裂縫的實(shí)際情況,因此研究包括U型孔口這類(lèi)非尖銳缺陷在內(nèi)的混凝土斷裂問(wèn)題對(duì)混凝土斷裂試驗(yàn)的精度的影響及其自身的強(qiáng)度特性都很有必要。臨界距離理論是聯(lián)系材料微細(xì)觀特性與材料宏觀斷裂特性的局部斷裂失效準(zhǔn)則,本文試圖通過(guò)臨界距離理論與帶U型孔口的混凝土梁的斷裂分析來(lái)得到材料的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌度,為混凝土的斷裂力學(xué)分析提供一種新的思路和研究方法。為了研究U型切槽深度、切槽的根半徑及骨料最大粒徑對(duì)混凝土這種準(zhǔn)脆性材料斷裂特性的影響,本文設(shè)計(jì)4種U型切槽深度,4種切槽根半徑及3種骨料最大粒徑共66根400mm?100mm?100mm混凝土梁試件。采用三點(diǎn)彎曲方式對(duì)梁進(jìn)行加載,通過(guò)電阻應(yīng)變片法測(cè)得U型切槽混凝土梁的起裂荷載值,利用數(shù)字圖像法來(lái)獲取斷裂過(guò)程區(qū)的長(zhǎng)度以及切槽口的張開(kāi)位移(NMOD),采取臨界距離理論(TCD)對(duì)梁的廣義應(yīng)力強(qiáng)度因子和破壞應(yīng)力進(jìn)行研究分析,并且與能量密度準(zhǔn)則(SED)以及有限斷裂力學(xué)(FFM)分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。本文主要的研究結(jié)論如下:(1)采用應(yīng)變片法測(cè)量混凝土試件在三點(diǎn)彎曲加載過(guò)程中的起裂荷載。試驗(yàn)結(jié)果表明同一條件下起裂荷載隨著切槽深度的增加而變小,隨著切槽根半徑的增加而變大,且在切槽深度和根半徑相同的情況下,最大骨料粒徑D_(max)=20mm時(shí)起裂荷載最大;(2)U型切槽混凝土梁在三點(diǎn)彎曲加載過(guò)程中的破壞荷載,在同一條件下,破壞荷載隨著切槽深度增加而變小,隨著切槽根半徑的增加而變大,且在切槽深度和根半徑相同的情況下,最大骨料粒徑D_(max)=20mm,時(shí)起裂荷載最大;(3)通過(guò)數(shù)字圖像法測(cè)量U型切槽混凝土試件在三點(diǎn)彎曲加載過(guò)程中的斷裂過(guò)程區(qū)的長(zhǎng)度和切槽底端處的張開(kāi)位移。試驗(yàn)結(jié)果表明同一條件下,斷裂過(guò)程區(qū)的長(zhǎng)度隨著切槽深度增加而減小,隨著切槽根半徑的增加而增加,保持其他因素相同的情況下,在骨料最大粒徑D_(max)=20mm時(shí),斷裂過(guò)程區(qū)長(zhǎng)度最短。而NMOD值與荷載正相關(guān),同一荷載下,NMOD值隨著切槽深度、根半徑以及骨料最大粒徑增加而變大;(4)運(yùn)用ANSYS結(jié)構(gòu)分析軟件建模算出U型切槽混凝土梁的應(yīng)力集中系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明應(yīng)力集中系數(shù)隨著切槽的深度增加的變化是先增加后減小,而隨著切槽根部半徑的增加而變小;(5)采用由臨界距離中線法推導(dǎo)出來(lái)的“雙參數(shù)測(cè)試法”來(lái)測(cè)算混凝土的斷裂韌度和抗拉強(qiáng)度,并與“雙K斷裂準(zhǔn)則”的計(jì)算結(jié)果比較發(fā)現(xiàn),雙參數(shù)測(cè)試的測(cè)算到的斷裂韌度結(jié)果與雙K斷裂準(zhǔn)則中的失穩(wěn)斷裂韌度接近;(6)通過(guò)臨界距離理論中的線法來(lái)對(duì)U型切槽混凝土梁的廣義強(qiáng)度因子和破壞應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析,并與能量密度準(zhǔn)則和有限斷裂力學(xué)的分析結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)臨界距離理論與另外兩種斷裂理論的分析結(jié)果相近,說(shuō)明臨界距離理論可用于分析帶U型切槽混凝土梁的斷裂問(wèn)題。
【圖文】：

表 2.2 混凝土材料的基本性能參數(shù)Tab.2.2 Basic performance parameters of concrete materia試驗(yàn)所測(cè)值 ,acu kf MP平均值 ,acu kf MP劈拉強(qiáng)度值,sa)tf （MP彈性模量 acE GP40.640.7 40.7 3.06 32 40.841.541.6 41.5 3.11 32 41.438.738.6 38.7 2.94 31 38.9土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，15、20、25 表示是所用碎石的最大骨料粒徑。

圖 2-2 三點(diǎn)彎曲加載 U 型切槽梁示意圖 Schematic diagram of three-point bending loading U-shaped groov試件梁的跨度，a為 U 型切槽的深度， 為 U 型切槽的h為梁高，，P為集中荷載。試件 U 型嵌體的制作及應(yīng)變片的貼法22 組含不同 U 型切槽尺寸的混凝土梁試件，由于試件成型以本文中的試件都是采用預(yù)制切槽，切槽的預(yù)制首先就要系列不同的規(guī)格的 U 型嵌體與標(biāo)準(zhǔn)的塑料模具結(jié)合從而件，在這里 U 型嵌體的制作是一個(gè)難題，最終本文采用3D printing，又稱(chēng)三維打�。┦且环N基于數(shù)字模型的快速用諸如粉末金屬或塑料的粘合材料通過(guò)逐層打印來(lái)構(gòu)造物新，它被認(rèn)為是“第三次工業(yè)革命的重要生產(chǎn)工具”。 了 3D 打印技術(shù)[46]，但由于價(jià)格昂貴且技術(shù)不成熟，并未
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU37

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本文編號(hào)：2619933