混凝土斷裂及阻裂理論的研究.pdf

1、混凝土是一種由硬化水泥漿基體、骨料及基體與骨料間的過渡區(qū)組成的多相復(fù)合材料，其承載力及性質(zhì)取決于各項(xiàng)的性質(zhì)和它們之間的相互作用。水泥凈漿和水泥砂漿是混凝土的基體成分，了解它們的基本斷裂特性對(duì)于研究和提高混凝土材料的斷裂性能具有十分重要的意義。由于混凝土的非均勻多相性，其內(nèi)部不可避免存在空隙、微裂縫等缺陷，而且混凝土的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，自身存在收縮和徐變，這些都是混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因。由于各種因素造成的混凝土開裂，使得實(shí)際工程中

2、很多結(jié)構(gòu)都是帶裂縫工作的。近現(xiàn)代大量的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐都表明：混凝土結(jié)構(gòu)開裂幾乎是不可避免的，在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平下科學(xué)的要求是將混凝土的裂縫控制在有害程度允許的范圍內(nèi)?；诖?，本文首先研究了混凝土基體材料水泥凈漿和水泥砂漿的斷裂特性，隨后通過在混凝土內(nèi)部不同位置布置鋼筋和在外部澆注UHTCC止裂帶兩種方式分別研究了它們對(duì)混凝土的阻裂作用。具體工作如下：
　　 (1)通過對(duì)156根不同強(qiáng)度、不同尺寸及不同初始縫高比的水泥凈漿

3、、水泥砂漿和混凝土三點(diǎn)彎曲梁試件的斷裂試驗(yàn)，得到了荷載一裂縫口張開位移(P-CMOD)全曲線，采用全橋式應(yīng)變片法測得了試件的起裂荷載，計(jì)算得到了起裂韌度的實(shí)測值，并分析了各試驗(yàn)參數(shù)對(duì)斷裂韌度的影響。結(jié)果表明，水泥凈漿的斷裂過程并不是人們傳統(tǒng)所認(rèn)為的脆性斷裂--一經(jīng)起裂便失穩(wěn)破壞，而是像混凝土一樣在斷裂過程中也要經(jīng)過一個(gè)穩(wěn)定的裂縫擴(kuò)展過程才會(huì)達(dá)到失穩(wěn)破壞。雙K斷裂模型也適用于水泥凈漿和水泥砂漿等混凝土基體材料，且試件尺寸和初始縫高比對(duì)它們

4、的雙K斷裂參數(shù)幾乎沒有影響，因此可以作為判定水泥凈漿和水泥砂漿材料裂縫起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展及失穩(wěn)擴(kuò)展的斷裂模型。
　　 (2)采用冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)擬合法分別對(duì)試驗(yàn)測得的水泥凈漿和水泥砂漿的P-δ曲線反彎點(diǎn)后的部分作了修正，得到了水泥凈漿和水泥砂漿完整的斷裂能，且所得到的斷裂能沒有尺寸效應(yīng)。
　　 (3)進(jìn)行了無任何阻裂措施的素混凝土三點(diǎn)彎曲切口梁的斷裂試驗(yàn)，利用布置在試件上的全橋應(yīng)變片和半橋應(yīng)變片監(jiān)測裂縫的擴(kuò)展長度，測得了各測

5、點(diǎn)處的開裂應(yīng)變。根據(jù)所用混凝土的實(shí)際特性重新確定了非線性軟化本構(gòu)關(guān)系中的參數(shù)，并分析了該參數(shù)對(duì)起裂韌度理論值的影響，為下一步的阻裂研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 (4)通過在跨中預(yù)制縫的混凝土三點(diǎn)彎曲梁內(nèi)的三種不同位置分別布置鋼筋，研究了鋼筋在混凝土裂縫擴(kuò)展過程中的限裂作用。通過對(duì)裂縫擴(kuò)展過程的分析發(fā)現(xiàn)，鋼筋混凝土的斷裂過程與素混凝土一樣也可分為三個(gè)階段：裂縫的起裂、穩(wěn)定擴(kuò)展和失穩(wěn)擴(kuò)展。因此，在引入適用于鋼筋混凝土的起裂韌度K和失穩(wěn)韌度

6、K兩個(gè)斷裂參數(shù)后，利用雙K斷裂準(zhǔn)則對(duì)鋼筋混凝土三點(diǎn)彎曲梁的裂縫擴(kuò)展過程進(jìn)行了描述，并通過試驗(yàn)對(duì)雙K判定準(zhǔn)則的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)無量綱形式的BE CMOD與α之間的函數(shù)關(guān)系重新確定了鋼筋混凝土三點(diǎn)彎曲梁裂縫長度的計(jì)算公式，并驗(yàn)證了計(jì)算公式的準(zhǔn)確性，分析了不同裂縫長度計(jì)算公式對(duì)臨界裂縫尖端張開位移的影響。
　　 (5)在混凝土三點(diǎn)彎曲切口梁的受拉面澆注UHTCC作為止裂帶，研究其在混凝土裂縫擴(kuò)展過程中的限裂作用，分析了UHTCC

7、應(yīng)變硬化特性對(duì)混凝土裂縫擴(kuò)展過程的影響，根據(jù)界面變形一致的假定，忽略了UHTCC未開裂區(qū)域的彈性變形，提出了UHTCC總裂縫寬度Wu的確定方法，并由此得到了δ-Wu.的簡化模型，根據(jù)該簡化模型便可以確定任意時(shí)刻UHTCC內(nèi)的應(yīng)力值。通過對(duì)UHTCC止裂帶加固的混凝土三點(diǎn)彎曲切口梁裂縫擴(kuò)展全過程的分析，引入適用于UHTCC加固混凝土三點(diǎn)彎曲梁的起裂韌度K和失穩(wěn)韌度K兩個(gè)斷裂參數(shù)，利用雙K斷裂準(zhǔn)則對(duì)其裂縫擴(kuò)展過程進(jìn)行了描述，并通過試驗(yàn)對(duì)雙K