混凝土裂缝非线性断裂及缝尖损伤特性研究

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1、分类号：TU528密级：公开UDC：624编号：201331609021河北工业大学硕士学位论文混凝土裂缝非线性断裂及缝尖损伤特性研究论文作者：王妥学生类别：全日制专业型专业学位类别：工程硕士领域名称：建筑与土木工程指导教师：刘金春职称：副教授资助基金项目：国家自然科学基金(51309073)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofArchitecturalandCivilEngineeringSTUDYONTHENONLINEARFRACTUR

2、EANDDAMAGECHARACTERISTICSOFCRACKINCONCRETEbyWangTuoSupervisor:AssociateProf.LiuJinchunDecember2015ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51309073.摘要混凝土裂缝非线性断裂及裂缝尖端损伤特性问题，一直是土木、水利科学技术界和工程界极为关心的课题。由于混凝土裂缝前端存在着相对较大的损伤区，且裂缝在断裂过程中损伤与裂缝扩展相互作用，使得混凝土非线性断裂问题

3、机理复杂，则对混凝土裂缝非线性断裂及裂缝尖端损伤特性研究就极具科研价值。本文结合国家自然科学基金项目“混凝土非线性断裂及随机损伤耦合机理研究”，基于理论分析、数值模拟以及试验等手段，围绕混凝土裂缝非线性断裂及裂缝尖端损伤特性问题进行了深入分析，并开展了以下研究：1．基于混凝土裂缝的允许损伤尺度概念，应用William级数形式的裂缝尖端应力场，获得了裂缝尖端应变表达式，进而考虑应力松弛的影响，建立了基于前三阶级数解的允许损伤尺度解析解。结合现有三点弯曲梁试验以及楔入劈拉试验成果对本文的解析解进行了验证，从理论角度定量的分析了混凝土裂缝非线性断裂允

4、许损伤尺度。2．利用非局部损伤模型研究了混凝土裂缝断裂的有限元数值分析方法。结合数值模拟软件对混凝土裂缝断裂全过程进行了模拟，通过与现有试验的裂缝扩展荷载-裂缝张开口位移曲线进行对比，验证了本文数值方法的合理性。进而对裂缝扩展不同时刻的损伤尺度分析，定量研究了裂缝非线性断裂全过程中裂缝尖端的损伤特性。3．结合白光数字散斑相关方法，开展了混凝土裂缝断裂的楔入劈拉试验，获得了裂缝非线性断裂的全过程试验曲线，并与本文数值方法进行了相互验证。通过数字图像相关方法对混凝土裂缝断裂全过程进行了分析，研究了不同时刻对应的裂缝尖端材料的变形场以及损伤演变规律。

5、关键词：混凝土；裂缝；断裂；损伤；白光数字散斑相关方法IABSTRACTTheproblemsofnonlinearfractureofconcretecrackandthecracktipdamagecharacteristicshavealwaysbeenconcernedbycivilengineering,waterconservancyscienceandengineering.Duetotherelativelylargedamageareainfrontoftheconcretecracktipandtheinteractionb

6、etweendamageandcrackpropagationinthefractureprocess,thenonlinearfracturemechanismofconcreteiscomplex.Thustheresearchonconcretenonlinearfractureandcracktipdamagecharacteristicsareofgreatscientificvaluable.CombinedtheNationalNaturalScienceFundproject"nonlinearcouplingmechanism

7、offractureandrandomdamageofconcrete"andbasedontheoreticalanalysis,numericalsimulationsandexperimentalmeans,theissuesofconcretecracknonlinearfractureandcracktipdamagecharacteristicsweredeeplyanalyzedthispaper.Thefollowingresearcheswerecarriedout:1.Basedontheconceptofpermissib

8、ledamagescale,thestrainexpressionsofthree-pointbendingbeamandwedgesplitting