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本文以长江三峡大坝泄洪坝段为研究对象,结合我国重大水工混凝土结构工程中亟待解决的裂缝问题,研究大坝混凝土的断裂特性。
根据长江三峡大坝泄洪坝段混凝土断裂试验的三点弯曲梁荷载—裂缝口张开位移(P—CMOD)的原始曲线、三点弯曲梁的荷载—加载点位移(P—δ)原始曲线;楔入劈拉试件的荷载—裂缝口张开位移(P—CMOD)的原始曲线,对每组试件进行数据处理,将筛选合格的曲线处理为具有反映本组断裂特点的代表性曲线。
研究试件尺寸、混凝土强度、骨料粒径对试验最大荷载Pmax的影响。结果表明,Pmax随着试件尺寸、混凝土强度及最大骨料粒径dmax的增加而增加。
分别用指数函数及幂函数对楔入劈拉试件的荷载—裂缝口张开位移(P—CMOD)曲线接近尾部的一段曲线进行拟合,并与实测的原始曲线尾部对比,发现用两种函数拟合的曲线与实测的原始曲线吻合良好,相关系数R2值接近1。用幂函数拟合的曲线比实测的原始曲线尾部数值略大,下降速度慢;用指数函数拟合的曲线比实测的原始曲线尾部数值略小,下降速度快。
分别用以下三种方法计算楔入劈拉试验的断裂能:(1)每组试件由实测数据点计算断裂能后,再平均得到代表该组试件断裂能;(2)用指数函数拟合平均曲线尾部的方法计算断裂能;(3)用幂函数拟合平均曲线尾部的方法计算断裂能。对比以上用3种不同方法计算的断裂能表明,用指数函数拟合平均曲线尾部方法计算的断裂能最接近由实测数据点计算的断裂能。
计算的楔入劈拉试验及三点弯曲梁试验测得的混凝土断裂能存在着尺寸效应。分析了产生混凝土断裂能尺寸效应的原因发现:试验过程中的能量损耗及计算过程中的曲线尾部处理都会对断裂能的计算结果产生一定的影响,但这不是产生尺寸效应的原因;而用边界效应可有效解释混凝土断裂能的尺寸效应。本文用边界效应公式推算的断裂能的趋势无尺寸效应。
分析试件几何形状、混凝土强度、骨料粒径对断裂能的影响,发现混凝土断裂能随骨料粒径的增加而增加,随着混凝土强度的增加没有明显的趋势。而用三点弯曲梁与楔入劈拉试件两种不同几何形状试件所得断裂能之间的关系没有明确的规律。