混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应及破坏特性

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作为准脆性材料,混凝土强度存在尺寸效应,因此其强度不是仅由材料性质唯一确定的不变量,而是会随着试件的尺寸、荷载及边界条件的变化而变化。目前,国内外对混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应的影响因素、变化规律等已经进行了大量的研究,但各自的试验结果及结论差异较大,无法根据已有的研究成果判断哪种理论或表达式更适合描述混凝土劈裂抗拉强度的尺寸效应。为更深入地研究混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应规律及试件破坏形态,本文在已有研究的基础上,设计一系列不同直径和高度的圆柱体试件,开展了混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应及破坏特性研究,完成的工作主要有:(1)进行了不同高度和直径的圆柱体试件劈裂抗拉试验,讨论了试件直径、高度等参数对劈裂抗拉强度的影响,并根据试验结果对Bazant、Kim和Capinteri的尺寸效应公式,以及基于Weibull理论的以劈裂面面积和以高应力体积表示的尺寸效应表达式进行了对比分析。(2)利用混凝土动态应变测量和数字摄像技术对试件的劈裂破坏进行了观察和记录,对试件在劈裂荷载作用下的开裂和破坏过程进行了更深入的研究。(3)在上述工作的基础上,根据本文试验研究和收集的试验数据,提出了基于劈裂面面积的劈裂抗拉强度公式。本文的试验结果表明,试件的劈裂抗拉强度不仅受试件直径影响,同时也受试件高度影响;对于高度相同直径不同的试件,采用Carpinteri的尺寸效应公式能够较好地描述劈裂抗拉强度随直径增加而减小的规律。研究表明,对于不同高度和直径的试件,其劈裂抗拉强度随劈裂面面积和高应力体积的变化均表现出一定的规律性,比较而言,采用劈裂面面积能更好地描述劈裂抗拉强度随试件尺寸的增加而减少的尺寸效应规律。对试件破坏特性的研究表明,混凝土劈裂破坏存在多种破坏形态,其中以中心开裂破坏模式和次要裂缝破坏模式为主。应变试验结果和图像记录表明,中心开裂模式和次要裂缝模式的劈裂裂缝均在试件的中心处起裂,但试件端面应变变化、裂缝扩展情况及试件破坏形态和裂缝分布特征均有所不同。
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