高强混凝土断裂性能的有限断裂力学方法研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文高强混凝土断裂性能的有限断裂力学方法研究学位申请人：鲁艳超学科专业：结构工程指导教师：童谷生教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得

2、华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________摘要高强混凝土断裂性能的有限断裂

3、力学方法研究摘要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（FiniteFractureMechanics,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

4、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

5、：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

6、。关键词：高强混凝土，断裂过程区，应力强度因子，断裂韧度，有限断裂力学ⅠAbstractEXPERIMENTALSTUDYONFRACTUREPROPERTIESOFHIGHSTRENGTHCONCRETEBEAMSBASEDONFINITEFRACTUREMECHANICSABSTRACTAsatypicalheterogeneousquasi-brittlematerial,thedevelopmentoffractureprocesszonehasagreatinfluenceonthefracturecharacteristics.Onceconcretecr

7、acksinengineering,itmaycausecorrosionofsteelbar,andaffectthesafetyanddurabilityofstructure.Therefore,itisofgreatsignificancetostudythefracturecharacteristicsofhighstrengthconcretelikeordinaryconcrete.Inthispaper,thefiniteFracturemechanics(FFM)methodisusedtostudyandanalyzethefra