發(fā)布時間：2020-04-08 22:59

【摘要】：混凝土的抗拉強度與斷裂韌度是與其重要的材料參數,如何在通過有效的測試獲得這兩個重要參數一直是混凝土這類準脆性材料斷裂分析的重點研究內容。由于混凝土材料的非均質特性以及試樣對中等困難,很難通過直接拉伸的到混凝土的抗拉強度,常規(guī)的混凝土三點彎曲試驗得到的斷裂韌度具有尺寸效應等需要尋求新的測試方法來獲取這兩個與試樣幾何或尺寸無關的材料參數�；炷翑嗔蚜W問題研究通常類似金屬材料下制作的含直裂縫或尖銳V型切口,但實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。同時在土木基礎工程中有時也可能出現非尖銳裂縫的實際情況,因此研究包括U型孔口這類非尖銳缺陷在內的混凝土斷裂問題對混凝土斷裂試驗的精度的影響及其自身的強度特性都很有必要。臨界距離理論是聯系材料微細觀特性與材料宏觀斷裂特性的局部斷裂失效準則,本文試圖通過臨界距離理論與帶U型孔口的混凝土梁的斷裂分析來得到材料的抗拉強度和斷裂韌度,為混凝土的斷裂力學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混凝土這種準脆性材料斷裂特性的影響,本文設計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。采用三點彎曲方式對梁進行加載,通過電阻應變片法測得U型切槽混凝土梁的起裂荷載值,利用數字圖像法來獲取斷裂過程區(qū)的長度以及切槽口的張開位移(NMOD),采取臨界距離理論(TCD)對梁的廣義應力強度因子和破壞應力進行研究分析,并且與能量密度準則(SED)以及有限斷裂力學(FFM)分析的結果進行對比。本文主要的研究結論如下:(1)采用應變片法測量混凝土試件在三點彎曲加載過程中的起裂荷載。試驗結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時起裂荷載最大;(2)U型切槽混凝土梁在三點彎曲加載過程中的破壞荷載,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,時起裂荷載最大;(3)通過數字圖像法測量U型切槽混凝土試件在三點彎曲加載過程中的斷裂過程區(qū)的長度和切槽底端處的張開位移。試驗結果表明同一條件下,斷裂過程區(qū)的長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,斷裂過程區(qū)長度最短。而NMOD值與荷載正相關,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)運用ANSYS結構分析軟件建模算出U型切槽混凝土梁的應力集中系數。計算結果表明應力集中系數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出來的“雙參數測試法”來測算混凝土的斷裂韌度和抗拉強度,并與“雙K斷裂準則”的計算結果比較發(fā)現,雙參數測試的測算到的斷裂韌度結果與雙K斷裂準則中的失穩(wěn)斷裂韌度接近;(6)通過臨界距離理論中的線法來對U型切槽混凝土梁的廣義強度因子和破壞應力進行計算分析,并與能量密度準則和有限斷裂力學的分析結果進行比較,發(fā)現臨界距離理論與另外兩種斷裂理論的分析結果相近,說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題。
【圖文】：

表 2.2 混凝土材料的基本性能參數Tab.2.2 Basic performance parameters of concrete materia試驗所測值 ,acu kf MP平均值 ,acu kf MP劈拉強度值,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土設計強度等級，15、20、25 表示是所用碎石的最大骨料粒徑。

圖 2-2 三點彎曲加載 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制切槽，切槽的預制首先就要系列不同的規(guī)格的 U 型嵌體與標準的塑料模具結合從而件，在這里 U 型嵌體的制作是一個難題，最終本文采用3D printing，又稱三維打�。┦且环N基于數字模型的快速用諸如粉末金屬或塑料的粘合材料通過逐層打印來構造物新，它被認為是“第三次工業(yè)革命的重要生產工具”。 了 3D 打印技術[46]，但由于價格昂貴且技術不成熟，并未
【學位授予單位】：華東交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU37

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本文編號：2619933