不同类型混凝土断裂特性研究

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发布时间：2021-11-20

资料介绍

通过对国内外现有 7种断裂模型的分析总结，结合我国实际国情，引出了由我国学者徐世娘教授提出的双 K断裂模型，参照我
国《水工混凝土断裂试验规程》给出的两种常见断裂测试试验方法(楔人劈拉法和三点弯曲梁法)中起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的计算
过程，总结前人的研究成果，详细介绍了普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土、纤维混凝土 4种常见混凝土的断裂性能。
关键词：不同类型混凝土；断裂模型；断裂试验方法；断裂特性
中图分类号： TU528．Ol 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2012)03—0046—06
Study on the fracture properties of different type concretes
FAN Xiang-qian ，HU Shao—wei ，LUJun
(1．CollegeofMaterials Science，HohaiUniversity，Nanjing210024，China；2．NanjingHydraulicResearchInstitute，Nanjing 210029，China)
Abct 憎 ct ： Through research review of seven kinds of fracture models which are existing both at home and abroad．combined with realistic
situation in China，Double—K fracture model is raised which was advanced by Chinese scholar Prof．XU Shi-lan g．Depending on the calculation
methods offracture experiments (wedge splitting method and three-point bending beam method)which are introduced in Norm for Fracture Test
of Hydraulic Concrete in China，for initiation toughness an d unstable toughness．Review th e form er research，the concrete fracture properties of
norm al concrete，reinforced concrete，roller compacted concrete，fiber reinforced concretearedescribedindetail．
Key WOrds： different type concretes；fracture model；test methods offracture；fracture characteristics
0 引言
1961年 Kaplan首先将线弹性断裂力学理论用于混凝土构
件，从此开始了广泛的混凝土断裂试验研究工作【”。混凝土在承
受荷载前，内部就存在有微孔穴和微裂纹。在受载后，新裂缝的
出现可能在原有裂纹基础上发展，也可能以骨料破坏形式出现，
也可能是在骨料间与水泥浆基体的黏结部位，或是上述三种情
况同时出现。因此对混凝土裂缝产生的原因、裂缝的特性、裂缝
的发展过程、裂缝危害性的评估以及防止裂缝的对策进行研究
是相当必要和紧迫的，并且得到学术界的极大关注。
对于混凝土裂缝特性的研究，始于 1976年 Hillerborg及其
同事提出的虚拟裂纹模型(Fictitious CrackModel，FcM)翻，这也
是混凝土断裂力学成熟的起点，之后为众多学者所不断完善。
由于混凝土自身存在的所不可避免的微裂纹，使得混凝土裂缝
前缘部分传递应力的能力被削弱，这一现象称为混凝土材料的
软化。材料软化后其传递应力的能力与微裂区的“宏观”变形之
间存在着一种反比关系，即微裂区发展越充分其所传递的应力
越小，当微裂区扩展宽度达到材料的极限宽度。时，所传递的
应力为零，并同时出现宏观裂缝。根据混凝土裂缝扩展的上述特
点，虚拟裂缝模型认为可以将微裂区简化成一条“虚裂缝”。该
虚裂缝的张开宽度( )代表微裂区变形量的大小；虚裂缝面上某
一点所传递的软化应力 ( )与该点虚裂缝面的张开宽度 w(x)
之间的关系称为软化曲线。
对混凝土断裂性能的研究主要集中在断裂试验采取的试
验方法、断裂参数的尺寸效应问题、断裂韧度和断裂能的测试
及计算、断裂特征分析等方面，其中断裂能和断裂参数是衡量
混凝土断裂性能的重要指标，因此，混凝土的断裂参数研究受
到普遍关注。断裂能和断裂参数的大小标志着材料裂纹扩展的
难易程度，对分析混凝土结构的性能有重要指导意义。国内外对
混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土以及纤维混凝土的断裂能和
断裂参数的研究已取得了一些成果[3-6]，并借助断裂力学，建立
了混凝土断裂损伤模型。
1 断裂模型
混凝土断裂研究大致可分为两类同：一类是建立在 Griffith
理论基础上的线弹性断裂力学(LEFM)参数所表示的混凝土断
裂特性；另一类则着重研究裂纹形态和断裂表面，以了解材料
不均匀性对裂纹的影响。从本质上来讲，混凝土材料从起裂到断
裂始终都不是线弹性的，也不是真正意义上的均质各向同性。因
此线弹性混凝土断裂力学的发展遇到了不少困难。为此，人们提
出了许多混凝土断裂破坏的非线性分析方法和模型。
1．1 虚拟裂缝模型
Hillerborg提出的虚拟裂缝模型 (FCM)从概念上基本摆脱
了金属断裂力学的影响，开创了混凝土非线性断裂研究的新思
路瞄。Hillerborg认为裂缝的扩展以裂缝前形成的微裂区为先导，
将微裂区视为一条虚拟裂缝，随着外荷载的增加，此区域内材