受压徐变后混凝土断裂性能及拉伸软化本构关系试验研究

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对于服役中的混凝土重力坝,在自重荷载以及外部水压力持续作用下,坝体部分区域处于长期受压状态并产生明显的徐变变形。当重力坝遭受极端荷载时,坝踵区已有的裂缝产生扩展,有可能扩展至上述受压区域。经历受压徐变后,该区域混凝土的基本力学与断裂性能已发生改变,采用表面钻芯试件或者伴随试件开展试验不能真实地反映受压徐变后混凝土的基本力学与断裂性能。为了准确分析服役期间重力坝的抗裂性能进而预测其承载力,有必要研究受压徐变后混凝土断裂性能试验,揭示前期受压徐变对混凝土基本力学性能、断裂性能以及拉伸软化本构关系的影响。基于此,本文开展以下研究:(1)密封与干燥条件下混凝土受压徐变试验采用碟簧式徐变仪对尺寸为100mm×100mm×310mm的混凝土棱柱体试件进行360天的受压徐变试验,徐变应力为抗压强度的40%,试件分为密封与干燥两种工况。徐变试验中,采用机械式千分表测量试件的徐变变形进而计算徐变应变。结果表明,随着时间的发展,混凝土徐变应变呈现前期快速增长、后期趋于稳定的趋势,干燥徐变应变大于基本徐变应变。(2)受压徐变后混凝土断裂性能与基本力学性能试验受压徐变结束后,在试件中间切割30mm长的初始裂缝,随后进行三点弯曲断裂试验测定混凝土的断裂性能。断裂试验后,将剩余混凝土块切割成100mm×100mm×100mm的立方体试件进行基本力学性能试验。试验结果表明,徐变后材料的起裂荷载、起裂韧度、峰值荷载、失稳韧度、断裂能提高,徐变后材料的抗压强度、抗拉轻度、弹性模量提高。由此可推断,经历40%抗压强度水平的受压徐变后,混凝土材料更加密实,使得基本力学性能与断裂性能提高。(3)受压徐变后混凝土拉伸软化本构关系研究引入改进的J积分法结合试验测得的荷载-加载点位移(P-δ)曲线计算裂缝扩展过程中的能量耗散,建立虚拟裂缝模型中的能量平衡关系,进而确定混凝土的软化本构关系,并将其简化为便于实际应用的双线型软化曲线。采用双线型软化曲线得到的荷载-裂缝口张开位移(P-CMOD)曲线与试验记过吻合良好,验证了该软化曲线的合理性。结果表明,受压徐变对混凝土软化本构关系有显著影响。经历受压徐变后,双线型软化曲线转折点的裂缝张开位移减小,应力自由张开位移减小,这表明材料脆性提高。较之基本徐变,干燥徐变对混凝土软化本构关系的上述影响更为明显。
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