含U型切槽混凝土梁断裂特性的研究

发布时间：2020-04-08 22:59

【摘要】：混凝土的抗拉强度与断裂韧度是与其重要的材料参数,如何在通过有效的测试获得这两个重要参数一直是混凝土这类准脆性材料断裂分析的重点研究内容。由于混凝土材料的非均质特性以及试样对中等困难,很难通过直接拉伸的到混凝土的抗拉强度,常规的混凝土三点弯曲试验得到的断裂韧度具有尺寸效应等需要寻求新的测试方法来获取这两个与试样几何或尺寸无关的材料参数。混凝土断裂力学问题研究通常类似金属材料下制作的含直裂缝或尖锐V型切口,但实际制作中借助钢片插入等方式很难真正制成含尖锐裂缝的试样,在孔口总含有一定的曲率。同时在土木基础工程中有时也可能出现非尖锐裂缝的实际情况,因此研究包括U型孔口这类非尖锐缺陷在内的混凝土断裂问题对混凝土断裂试验的精度的影响及其自身的强度特性都很有必要。临界距离理论是联系材料微细观特性与材料宏观断裂特性的局部断裂失效准则,本文试图通过临界距离理论与带U型孔口的混凝土梁的断裂分析来得到材料的抗拉强度和断裂韧度,为混凝土的断裂力学分析提供一种新的思路和研究方法。为了研究U型切槽深度、切槽的根半径及骨料最大粒径对混凝土这种准脆性材料断裂特性的影响,本文设计4种U型切槽深度,4种切槽根半径及3种骨料最大粒径共66根400mm?100mm?100mm混凝土梁试件。采用三点弯曲方式对梁进行加载,通过电阻应变片法测得U型切槽混凝土梁的起裂荷载值,利用数字图像法来获取断裂过程区的长度以及切槽口的张开位移(NMOD),采取临界距离理论(TCD)对梁的广义应力强度因子和破坏应力进行研究分析,并且与能量密度准则(SED)以及有限断裂力学(FFM)分析的结果进行对比。本文主要的研究结论如下:(1)采用应变片法测量混凝土试件在三点弯曲加载过程中的起裂荷载。试验结果表明同一条件下起裂荷载随着切槽深度的增加而变小,随着切槽根半径的增加而变大,且在切槽深度和根半径相同的情况下,最大骨料粒径D_(max)=20mm时起裂荷载最大;(2)U型切槽混凝土梁在三点弯曲加载过程中的破坏荷载,在同一条件下,破坏荷载随着切槽深度增加而变小,随着切槽根半径的增加而变大,且在切槽深度和根半径相同的情况下,最大骨料粒径D_(max)=20mm,时起裂荷载最大;(3)通过数字图像法测量U型切槽混凝土试件在三点弯曲加载过程中的断裂过程区的长度和切槽底端处的张开位移。试验结果表明同一条件下,断裂过程区的长度随着切槽深度增加而减小,随着切槽根半径的增加而增加,保持其他因素相同的情况下,在骨料最大粒径D_(max)=20mm时,断裂过程区长度最短。而NMOD值与荷载正相关,同一荷载下,NMOD值随着切槽深度、根半径以及骨料最大粒径增加而变大;(4)运用ANSYS结构分析软件建模算出U型切槽混凝土梁的应力集中系数。计算结果表明应力集中系数随着切槽的深度增加的变化是先增加后减小,而随着切槽根部半径的增加而变小;(5)采用由临界距离中线法推导出来的“双参数测试法”来测算混凝土的断裂韧度和抗拉强度,并与“双K断裂准则”的计算结果比较发现,双参数测试的测算到的断裂韧度结果与双K断裂准则中的失稳断裂韧度接近;(6)通过临界距离理论中的线法来对U型切槽混凝土梁的广义强度因子和破坏应力进行计算分析,并与能量密度准则和有限断裂力学的分析结果进行比较,发现临界距离理论与另外两种断裂理论的分析结果相近,说明临界距离理论可用于分析带U型切槽混凝土梁的断裂问题。
【图文】：

加压试验,标准试块,立方体,最大骨料粒径

表 2.2 混凝土材料的基本性能参数Tab.2.2 Basic performance parameters of concrete materia试验所测值 ,acu kf MP平均值 ,acu kf MP劈拉强度值,sa)tf （MP弹性模量 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土设计强度等级，15、20、25 表示是所用碎石的最大骨料粒径。

示意图,切槽,三点弯曲,U型

图 2-2 三点弯曲加载 U 型切槽梁示意图 Schematic diagram of three-point bending loading U-shaped groov试件梁的跨度，a为 U 型切槽的深度，为 U 型切槽的h为梁高，，P为集中荷载。试件 U 型嵌体的制作及应变片的贴法22 组含不同 U 型切槽尺寸的混凝土梁试件，由于试件成型以本文中的试件都是采用预制切槽，切槽的预制首先就要系列不同的规格的 U 型嵌体与标准的塑料模具结合从而件，在这里 U 型嵌体的制作是一个难题，最终本文采用3D printing，又称三维打印）是一种基于数字模型的快速用诸如粉末金属或塑料的粘合材料通过逐层打印来构造物新，它被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”。了 3D 打印技术[46]，但由于价格昂贵且技术不成熟，并未
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU37

【相似文献】