高强混凝土断裂性能的有限断裂力学方法研究
发布时间：2020-09-28 10:55
混凝土作为一种典型的非均质准脆性材料,断裂过程区的发展对断裂特性有很大的影响。工程中混凝土一旦开裂就可能会引起钢筋的锈蚀,影响结构的安全与耐久性,因此与普通混凝土一样研究高强混凝土的断裂特性具有重要意义。为了研究高强混凝土梁断裂特性,本文采用有限断裂力学(Finite Fracture Mechanics,简称FFM)方法结合试验研究来研究分析高强混凝土的断裂失效。该方法基于有限断裂力学框架来表征准脆性材料的断裂失效,裂缝扩展的“有限距离”假设为结构参数而并非材料参数,其结果由能量与应力(应变)准则共同确定。有限断裂力学方法克服了传统的应力准则和能量准则的缺陷,可以准则的预测结构的强度。最后通过数字图像相关方法(DICM)试验研究高强混凝土三点弯曲梁的损伤以及整个断裂过程区的发展过程。分析初始缝高比及梁高对裂缝尖端最大破坏应力、断裂韧度、断裂过程区长度等的影响。本文主要研究结论如下:(1)利用电阻法测定三点弯曲梁的起裂荷载及失稳荷载,分析初始缝高比及梁高、跨度对起裂荷载、失稳荷载的影响。研究结果表明:起裂荷载和最大荷载均随着初始缝高比的增大而逐渐变小,且起裂荷载与最大荷载的比值基本保持在0.65~0.75之间。(2)通过数字图像相关方法(DICM)测定了试件在不同荷载作用下的裂缝张开口位移、断裂过程区长度。研究结果表明:DICM能够准确测定任意荷载作用下的裂缝张开口位移、断裂过程区长度;其值均随着初始缝高比的增大而减小,随着试件跨度的增加而增大。(3)采用双K断裂韧度和双G断裂韧度理论模型分析初始缝高比对应力强度因子、断裂韧度、能量释放率等的影响。研究表明:失稳韧度和起裂韧度均不会随着初始缝高比和跨度而改变,失稳韧度和失稳韧度可以作为材料本身固有断裂性能的材料表征。(4)分析有限断裂力学模型(FFM)和断裂准则对理论数据的影响。理论数据分析表明:三点弯曲梁裂缝尖端的最大破坏应力随着初始缝高比和跨度的增加而减小;断裂过程区长度会随着初始缝高比的增大而逐渐变小,随着跨度的增大而逐渐变大。
【学位单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 混凝土断裂问题及相关研究方法
1.2.1 裂纹类型
1.2.2 研究方法
1.3 混凝土断裂性能研究现状
1.3.1 理论模型的研究现状
1.3.2 试验方法的研究现状
1.3.3 断裂过程区的研究现状
1.3.4 高强混凝土研究现状
1.3.5 有限断裂力学研究现状
1.4 本文研究的主要内容
第二章 三点弯曲梁的设计加载与测试方案
2.1 引言
2.2 试验材料的制备及试件设计
2.2.1 试验材料的制备
2.2.2 试件设计
2.2.3 试件的制作及测试表面处理
2.3 试验装置及设备
2.4 加载方案和测试方案
2.4.1 加载方案
2.4.2 DIC测试方案
2.5 本章小结
第三章 试验结果及断裂特性分析
3.1 引言
3.2 材料基本性能参数
3.3 起裂荷载和失稳荷载的测定
3.4 混凝土断裂性能分析
3.4.1 初始缝高比对荷载值的影响
3.4.2 初始缝高比对应力强度因子的影响
3.4.3 初始缝高比对加载点位移的影响
3.4.4 初始缝高比对双K断裂韧度的影响
3.4.5 初始缝高比对双G断裂韧度的影响
3.4.6 双K断裂模型与双G断裂模型比较分析
3.5 断裂过程区长度的测定
3.5.1 裂缝张开口位移
3.5.2 断裂过程区发展过程
3.6 本章小结
第四章 基于有限断裂力学的理论分析
4.1 引言
4.2 混凝土断裂准则
4.2.1 最大拉应力准则
4.2.2 能量准则
4.2.3 应变能密度理论
4.3 有限断裂力学理论
4.3.1 有限断裂力学的产生与发展
4.3.2 有限断裂力学准则
4.4 基于有限断裂力学模型的理论分析
4.4.1 裂缝尖端处的破坏应力
4.4.2 裂纹扩展的有限距离
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
个人简历 在读期间发表的学术论文
致谢
【学位单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【文章目录】：
摘要
abstract
主要符号说明
第一章 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 混凝土断裂问题及相关研究方法
1.2.1 裂纹类型
1.2.2 研究方法
1.3 混凝土断裂性能研究现状
1.3.1 理论模型的研究现状
1.3.2 试验方法的研究现状
1.3.3 断裂过程区的研究现状
1.3.4 高强混凝土研究现状
1.3.5 有限断裂力学研究现状
1.4 本文研究的主要内容
第二章 三点弯曲梁的设计加载与测试方案
2.1 引言
2.2 试验材料的制备及试件设计
2.2.1 试验材料的制备
2.2.2 试件设计
2.2.3 试件的制作及测试表面处理
2.3 试验装置及设备
2.4 加载方案和测试方案
2.4.1 加载方案
2.4.2 DIC测试方案
2.5 本章小结
第三章 试验结果及断裂特性分析
3.1 引言
3.2 材料基本性能参数
3.3 起裂荷载和失稳荷载的测定
3.4 混凝土断裂性能分析
3.4.1 初始缝高比对荷载值的影响
3.4.2 初始缝高比对应力强度因子的影响
3.4.3 初始缝高比对加载点位移的影响
3.4.4 初始缝高比对双K断裂韧度的影响
3.4.5 初始缝高比对双G断裂韧度的影响
3.4.6 双K断裂模型与双G断裂模型比较分析
3.5 断裂过程区长度的测定
3.5.1 裂缝张开口位移
3.5.2 断裂过程区发展过程
3.6 本章小结
第四章 基于有限断裂力学的理论分析
4.1 引言
4.2 混凝土断裂准则
4.2.1 最大拉应力准则
4.2.2 能量准则
4.2.3 应变能密度理论
4.3 有限断裂力学理论
4.3.1 有限断裂力学的产生与发展
4.3.2 有限断裂力学准则
4.4 基于有限断裂力学模型的理论分析
4.4.1 裂缝尖端处的破坏应力
4.4.2 裂纹扩展的有限距离
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
个人简历 在读期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】
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1 刘春;陈红鸟;赵艳兵;孙敬明;才琪;;三点弯曲下混凝土断裂性能参数试验研究[J];硅酸盐通报;2016年12期
2 徐世p
本文编号：2828701
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