中央帶缺口立方體試件的雙K斷裂韌度及其率相關(guān)性分析.pdf

1、混凝土材料是一種非均勻、多相復(fù)合工程材料，具有抗壓強(qiáng)度高、原料豐富、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于各類土木建筑結(jié)構(gòu)中。但是，由于混凝土材料“多水平體系”的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大量的微裂縫、空隙等缺陷先天存在于眾多結(jié)合面上，致使混凝土的破壞過(guò)程與混凝土材料中裂縫的產(chǎn)生、閉合與發(fā)展密不可分。
　　斷裂試驗(yàn)是研究混凝土斷裂行為的有效手段，傳統(tǒng)斷裂試驗(yàn)采用的試件形式有三點(diǎn)彎曲梁、緊湊拉伸、楔入劈拉幾何形式等，近年來(lái)也有學(xué)者提出將Brazil

2、ian劈拉試驗(yàn)應(yīng)用于斷裂試驗(yàn)，試驗(yàn)采用中央帶缺口的立方體試件或圓柱體試件幾何形式。Brazilian劈拉斷裂試驗(yàn)與傳統(tǒng)試件相比，具有試件小巧、輕便、可以忽略試件自重對(duì)斷裂參數(shù)的影響、可以鉆芯取樣等優(yōu)點(diǎn)。
　　混凝土雙K斷裂理論很好地描述了混凝土非線性斷裂的三階段特征:裂縫起裂、裂縫穩(wěn)定擴(kuò)展和裂縫失穩(wěn)擴(kuò)展。以往學(xué)者針對(duì)混凝土雙K斷裂參數(shù)的研究多在擬靜態(tài)荷載條件下展開(kāi)，對(duì)地震動(dòng)態(tài)荷載范圍內(nèi)混凝土雙K斷裂參數(shù)率敏感性問(wèn)題尚未涉及。此外，

3、盡管已有學(xué)者對(duì)混凝土材料的動(dòng)態(tài)斷裂性能展開(kāi)了研究，但目前仍未得到一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。
　　基于以上兩個(gè)方面，本文具體工作主要有以下幾個(gè)方面:
　　(1)開(kāi)展了中央帶缺口立方體試件擬靜態(tài)加載條件下的斷裂試驗(yàn)，基于雙K斷裂理論，確定了起裂斷裂韌度KiniIc和失穩(wěn)斷裂韌度實(shí)測(cè)值KunIc-exp，并研究了相對(duì)荷載分布寬度β和初始縫高比α0對(duì)雙K斷裂參數(shù)的影響。結(jié)果表明，在文中采用的相對(duì)荷載分布寬度范圍內(nèi)(0.05～0.20)，起裂韌

4、度KiniIc和失穩(wěn)韌度KunIc都隨著相對(duì)荷載分布寬度的增大而增大，且失穩(wěn)韌度的增加幅度高于起裂韌度;在文中采用的初始縫高比范圍內(nèi)(0.1～0.5)，失穩(wěn)韌度KunIc隨初始縫高比α0的增大而增大，起裂韌度KiniIc則先增大后減小。
　　(2)基于黏聚裂縫模型和權(quán)函數(shù)方法，解析計(jì)算了裂縫尖端斷裂過(guò)程區(qū)分布著的黏聚應(yīng)力引起的黏聚韌度KcIc，進(jìn)而通過(guò)雙K斷裂模型的三參數(shù)定律確定了失穩(wěn)韌度解析值Kun-(t)hIc。對(duì)比結(jié)果表明，

5、失穩(wěn)韌度解析解與失穩(wěn)韌度實(shí)測(cè)值吻合較好，各組試件失穩(wěn)韌度實(shí)測(cè)值和解析解的相對(duì)誤差絕對(duì)值平均在5％左右，最大不超過(guò)11％，證實(shí)雙K斷裂理論可以用于分析中央帶缺口立方體試件的斷裂行為。
　　(3)進(jìn)行了四種不同應(yīng)變率（10-5/s、10-4/s、10-3/s和10-2/s）下中央帶缺口立方體試件的斷裂試驗(yàn)，實(shí)測(cè)并解析計(jì)算了雙K斷裂韌度。結(jié)果表明，失穩(wěn)韌度解析解和失穩(wěn)韌度實(shí)測(cè)值吻合較好，可以應(yīng)用雙K斷裂模型研究地震荷載下混凝土的斷裂參數(shù)