含V型切口素混凝土梁斷裂特性研究.pdf

1、實(shí)際工程中由于工程設(shè)計(jì)需要需要往往存在大量含尖銳V型切口的混凝土構(gòu)件，盡管目前的斷裂模型較多，但都用于有機(jī)玻璃、金屬材料和復(fù)合材料，關(guān)于混凝土這種準(zhǔn)脆性材料的研究往往是討論直裂縫的情況；目前國(guó)內(nèi)以及國(guó)外的應(yīng)力強(qiáng)度因子手冊(cè)給出的都是直裂縫的強(qiáng)度因子，關(guān)于切口的強(qiáng)度因子手冊(cè)尚未修訂，因此關(guān)于混凝土含尖銳V型切口混凝土構(gòu)件的破壞研究對(duì)于實(shí)際工程應(yīng)用具有非常重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)也是十分迫切的。
　　近幾年，兩種新型破壞準(zhǔn)則包括應(yīng)變能密度準(zhǔn)

2、則（SED）和有限斷裂力學(xué)準(zhǔn)則（FFM）基于切口應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算詳細(xì)討論了含尖銳V型切口素混凝土梁的破壞。目前所稱的有限斷裂力學(xué)是由 Carpinteri等所提出的針對(duì)脆性或準(zhǔn)脆性材料斷裂問(wèn)題的耦合應(yīng)力與能量準(zhǔn)則的失穩(wěn)準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則克服了應(yīng)力準(zhǔn)則只適用于無(wú)裂縫體試件，能量準(zhǔn)則只適用于試件內(nèi)部含有足夠大的裂縫的缺點(diǎn)。平均能量密度準(zhǔn)則最早是在2001年被Lazzarin–Zambardi等提出，是基于將圍繞V型切口的控制體內(nèi)的應(yīng)變能量密度平均

3、值作為關(guān)鍵參數(shù)，考慮V型切口附近的足夠小的體積內(nèi)，它的能量密度值為有限大，就可以把問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為求材料和荷載類型的特征體積。平均應(yīng)變能量密度準(zhǔn)則與局部應(yīng)力準(zhǔn)則相比，它的主要優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)格具有獨(dú)立性，對(duì)一個(gè)控制體積上的網(wǎng)格細(xì)分并不敏感，而局部準(zhǔn)則比如最大周應(yīng)力準(zhǔn)則、流體靜應(yīng)力準(zhǔn)則和偏應(yīng)力準(zhǔn)則等都需要準(zhǔn)確的應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算。本文將平均能量密度準(zhǔn)則和有限斷裂力學(xué)準(zhǔn)則應(yīng)用于含尖銳V型切口素混凝土梁的切口應(yīng)力強(qiáng)度因子分析，建立了廣義斷裂韌度與切口應(yīng)力強(qiáng)度因

4、子的函數(shù)關(guān)系，得到有限斷裂力學(xué)準(zhǔn)則和平均應(yīng)變能量密度準(zhǔn)則預(yù)測(cè)含不同V型切口角度和含不同V型切口深度的混凝土梁抗彎承載力的預(yù)測(cè)公式，通過(guò)本文設(shè)計(jì)的含V型切口角度不同和開(kāi)口角度相同但縫高比不同的含尖銳V型切口素混凝土梁試件實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果證實(shí)了本文給出的理論預(yù)測(cè)公式的有效性。
　　為了更深入的研究含V型切口構(gòu)件的破壞機(jī)理，本文還對(duì)含V型切口試件的斷裂過(guò)程區(qū)尺寸進(jìn)行測(cè)量，探討斷裂過(guò)程區(qū)尺寸與V型切口角度的變量關(guān)系，并且探討斷裂過(guò)程區(qū)尺寸與縫

5、高比之間的關(guān)系。最后本文還對(duì)有限斷裂力學(xué)和平均應(yīng)變能量密度準(zhǔn)則給出的含V型切口試件的應(yīng)力強(qiáng)度因子進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩取值非常接近。
　　本文將進(jìn)行的工作包括：1）采用數(shù)字圖像相關(guān)法觀測(cè)了五組含直裂縫和五組含V型切口試件的斷裂過(guò)程區(qū)尺寸，探討斷裂過(guò)程區(qū)（FPZ）與縫高比、V型切口角度的變化規(guī)律，并研究了起裂荷載與縫高比、V型切口角度的關(guān)系；2）基于有限斷裂力學(xué)準(zhǔn)則給出的尖銳V型切口強(qiáng)度因子和有限距離計(jì)算公式，通過(guò)計(jì)算V型切口形狀函數(shù)，

6、進(jìn)一步得到通過(guò)兩種含特殊V型切口角度素混凝土梁的極限抗彎承載力預(yù)測(cè)其余角度極限承載力大小的方法，本文將通過(guò)制作四種縫高比分別為0.2、0.3、0.4的試件，其中每種縫高比的試件包含開(kāi)口角度?????0、60、90、120、180來(lái)進(jìn)行三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，除此之外還引用相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證；3）通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證兩種有限斷裂力學(xué)和平均應(yīng)變能量密度準(zhǔn)則預(yù)測(cè)的切口應(yīng)力強(qiáng)度因子的有效性。基于平均應(yīng)變能量密度準(zhǔn)則給出的切口應(yīng)力強(qiáng)度因子