大掺量粉煤灰混凝土断裂分析

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1、大连理工大学硕士学位论文§0．2本课题的意义和主要内容在结构工程的设计和施工中，我们必须保证结构或构件的安全性。我们知道，在传统的强度理论中，均假设材料是连续的固体，为了保证构件安全地工作，要控制构件中的应力不超过材料的允许应力旧]。但是人们在长期的生产实践中逐渐认识到，在某些情况下按传统的强度理论设计出来的构件并不安全，断裂事故不断发生，特别是对高强材料制成的结构，焊接结构，处于低温或腐蚀环境中的结构，在应力远低于允许应力的情况下，经常发生断裂事故。这就引起了人们的广泛重视，并进行了研究。从大量断裂事故分析中发现，这些断裂事故皆起源于构件中存在有原始的微裂缝或其他缺陷，在一定条件下，这

2、些裂纹急剧扩展，从而导致构件的断裂。传统强度理论的一个严重不足是把材料视为无缺陷的均匀连续体，而实际上构件总是存在着形式不同的缺陷，因而材料的实际强度大大低于理论模型的强度。是否可以采用“凡是具有裂缝或缺陷的构件都弃而不用”的办法来保证安全呢?这种想法太理想化了，在实际工程中很难办到。因为这种微小的缺陷在材料的制作和加工的过程中是不可避免的，而且也不是所有具有裂纹的构件都必然断裂。在很多情况下，微小的裂纹也不发生断裂，更不影响使用。因此采用凡有裂纹的构件一律不用的办法是不经济的，也是不必要的。问题是如何控制裂缝使之稳定而不扩展。断裂力学就是在这种情况下发展起来的。断裂力学是研究含裂缝(或

3、缺陷)构件在各种环境荷载作用下裂缝的平衡、扩展和失稳的规律，带裂缝构件的强度，以及估计结构的寿命和研究延长结构寿命方法的一门科学。因此，进行构件或结构断裂问题的研究，对改进工程结构的设计方法具有十分重要的理论和现实意义。迄今为止，混凝±断裂力学的研究工作己取得了很大的进展。在这些研究工作中，人们研究了相对缝深、加载方式、加载速度、骨料和龄期等因素对普通素混凝土断裂韧度K。，或断裂能G，的影响规律”?1。”。。然而有关粉煤灰混凝土断裂性能的研究资料并不多。大掺量粉煤灰混凝土是一种能节约资源和能源，有利于环境保护，满足可持续发展需要的大连理工大学硕士学位论文绿色高性能混凝土，它的应用和发展具

4、有重要的社会和经济效益⋯)。要应用大掺量粉煤灰混凝土，我们必须了解它的各种性能。因此，随着断裂力学在工程结构中的广泛应用，进行大掺量粉煤灰混凝土的断裂力学研究就显得十分必要了。在以往的混凝土断裂力学研究中，主要集中在素混凝土的断裂性能研究，对纤维混凝土的研究较少。纤维混凝土是一种以水泥为基材，以纤维为增强材料的典型水泥基复合材料。由于它具有增强、增韧效果，因此它的加入将有利于混凝土断裂性能的改善。国内外对钢纤维混凝土断裂性能作了很多的研究“2·2⋯，但考虑到钢纤维的价格较高，采用价格比较低廉、弹性模量较低、来源丰富的合成纤维更具有工程意义。聚丙烯纤维作为合成纤维的一种，主要对结构起非结构

5、加强作用，对混凝土的塑性收缩裂缝的控制、韧性、抗冲击性能均有一定程度的提高。目前，国内外对聚丙烯纤维混凝土断裂性能的研究很少[30333，开展聚丙烯纤维混凝土断裂力学的研究，充分了解其力学性能，对促进聚丙烯纤维混凝土在我国的应用将具有重大意义。综上所述，本文进行了以下研究工作：1相对缝深对大掺量粉煤灰混凝土的断裂韧度和断裂能的影响；2大掺量粉煤灰混凝土的强度对其断裂韧度和断裂能的影响；3大掺量粉煤灰混凝土的断裂韧度与断面分形维数之间的关系；4纤维含量对大掺量粉煤灰混凝土的断裂韧度和断裂能的影响。大连理工大学硕士学位论文第一章大掺量粉煤灰混凝土的断裂韧度和断裂能混凝土是介于脆性和塑性之间的

6、复合材料，强度是其一项重要的性能指标，因此，研究强度对混凝土断裂性能的影响有着极为重要的意义。在研究强度对其断裂性能影响时，人们以为它会和金属材料一样，断裂韧度将随着强度的增加而降低，即高强混凝土比普通混凝土更“脆”。但研究结果表明，混凝土的断裂韧度和断裂能随着强度的增加反而增加，即就混凝土材料而言，强度越高，韧性越好n⋯。本章采用三点弯试件，研究了不同强度对混凝土断裂参数的影响。同时，还采用不同的相对缝深，研究了缝高比对混凝土断裂参数的影响规律。§1．1试验概况试验采用三点弯曲切口梁试件，如图J1所示。根据研究目的，试件分为相对缝深变化和强度变化两个系列，每个系列又分为三组，每组三个试

7、件，各个系列试件的编号及几何尺寸等如表1．1所示。表1l各组三点弯曲切口梁试件几何参数长x高×宽相对缝深跨高比试件数系列试件编号j×d×b(皿Ⅲ)a0／ds／d相C1—11000×200×IOOO．343对缝C卜2lG00×200×1000．443深Cl31000×200×100O．543f卜11000×200×1000343强C21000×200×j00O343度C31000×200×100O．343大连理工大学硕士学位论文图11