大坝混凝土断裂疲劳性能的试验研究
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【摘要】：混凝土因其优良性能已经广泛用在水电大坝等水工构筑物上,但我国在建或已建的大量混凝土坝上有着众多裂缝的存在,称得上“无坝不裂”,其中有些是因为强度和刚度达不到实际使用要求,但是从混凝土断裂力学的角度来分析,可以得出是由于其断裂韧度不足所致。对于拟建的混凝土坝,应将断裂韧度作为混凝土防裂、抗裂设计中的重要性能指标之一,以防止危害性开裂的发生与扩展。受高应力循环荷载作用的水工建筑物,其混凝土结构内部应力场会发生剧烈变化,极易引发疲劳损伤或破坏。研究水工混凝土疲劳特性,能够确保水工建筑物长周期安全稳定运行。但现在对于大坝混凝土的断裂韧度与疲劳损伤的相关试验并不完备,因此本文以测算混凝土双K断裂韧度与疲劳加载寿命为切入点对混凝土试件进行了试验研究。本文针对制作的三级配大体积混凝土梁试件,通过三点弯曲加载断裂试验并使用电阻应变片法监测混凝土试件的起裂荷载,测出了双K断裂参数,并得到了混凝土裂缝扩展的某些规律；利用数字图像相关方法对裂缝尖端附近进行分析,得到了试件加载时的真实位移场,对得出的位移场云图进行分析可以得出试件失稳破坏前的形态,以此达到提前预警的目的。本文对三级配混凝土梁试件在MTS 810 TestStar材料测试系统上进行疲劳加载,试验得出试件疲劳加载寿命,通过对在加载过程中裂缝发展情况对混凝土试件整体寿命进行估算,并与最终实际寿命进行对比分析,估算的寿命与实际寿命相差并不大,可以根据估算对工程结构的安全性设置合理的安全系数。将最终试验结果对基于(CMOD,N/N)数据统计分布进行可靠性研究得出具有一定可靠度的(CMOD,n/N)关系曲线。
【关键词】：混凝土 断裂力学 疲劳 可靠度
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV431
【目录】：
- 摘要6-7
- Abstract7-11
- 第一章 绪论11-19
- 1.1 论文选题的研究背景及意义11-12
- 1.2 国内外对混凝土断裂与疲劳的研究情况与进展12-16
- 1.2.1 混凝土断裂力学研究的理论进展12-14
- 1.2.2 混凝土疲劳损伤研究的进展14-16
- 1.3 本文的主要研究内容16-19
- 第二章 混凝土原材料试验及相关试验准备19-33
- 2.1 试验器材19-21
- 2.1.1 制作混凝土试件所用设备19-20
- 2.1.2 混凝土试件力学试验所用加载设备20-21
- 2.2 水泥试验21-25
- 2.2.1 标准稠度用水量21-22
- 2.2.2 凝结时间22-23
- 2.2.3 安定性检验23
- 2.2.4 胶砂强度试验23-25
- 2.3 细骨料的的颗粒级配及粗细程度25-28
- 2.3.1 细度模数25-26
- 2.3.2 细骨料筛分与细度模数计算26-28
- 2.4 混凝土配合比28
- 2.5 混凝土试件制作成型28-29
- 2.5.1 混凝土试件的制作28-29
- 2.5.2 混凝土试件的养护29
- 2.6 数字图像相关方法介绍29-32
- 2.6.1 数字图像相关方法理论进展29-30
- 2.6.2 数字图像相关方法原理介绍30-32
- 2.7 本章小结32-33
- 第三章 混凝土基本力学试验33-41
- 3.1 混凝土立方体的静载试验33-34
- 3.1.1 混凝土立方体的抗压性能33-34
- 3.2 混凝土棱柱体的静载试验34-37
- 3.3 混凝土梁的静载试验37-40
- 3.3.1 大坝混凝土抗弯弹性模量的测定37-40
- 3.4 本章小结40-41
- 第四章 混凝土断裂性能试验研究41-59
- 4.1 裂缝扩展基本形式与基本种类41-43
- 4.1.1 三种裂缝扩展基本形式41-42
- 4.1.2 变形裂缝42-43
- 4.1.3 结构裂缝43
- 4.2 混凝土断裂分析方法43-53
- 4.2.1 双K断裂模型44-52
- 4.2.2 双G断裂模型52-53
- 4.3 混凝土梁三点弯曲断裂试验53-54
- 4.4 混凝土梁三点弯曲断裂试验数据结果54-58
- 4.5 本章小结58-59
- 第五章 混凝土疲劳试验研究59-69
- 5.1 混凝土疲劳相关理论59-61
- 5.1.1 疲劳的分类和定义59
- 5.1.2 疲劳损伤与静力损伤区别59-60
- 5.1.3 疲劳变形发展规律60-61
- 5.2 混凝土梁三点弯曲疲劳试验61-65
- 5.2.1 混凝土疲劳试验设备61
- 5.2.2 试验方法61-62
- 5.2.3 疲劳试验结果62-65
- 5.3 疲劳寿命估计65
- 5.4 可靠度分析65-67
- 5.4.1 基于(CMOD,n/N)数据统计分布的可靠性研究66-67
- 5.5 本章小结67-69
- 第六章 结论与展望69-71
- 6.1 结论69
- 6.2 展望69-71
- 参考文献71-75
- 致谢75-77
- 硕士期间发表论文77
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