基于DIC技术RC梁裂缝的试验及数值模拟研究

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混凝土是最常用的建筑材料之一,被广泛应用于各类重大土木工程结构中。由于混凝土自身的脆性,致使大部分混凝土构件都处于带裂缝工作状态。而裂缝的存在会使得结构耐久性逐渐降低、进一步发展可能会削弱构件承载力,甚至出现贯穿裂缝造成局部破坏,危及结构的整体性及安全性。对于混凝土裂缝,国内外学者已进行了广泛且深入的研究,但是他们的研究往往局限于单条裂缝的发展,对多裂缝、全过程研究稍有欠缺,而实际的钢筋混凝土构件在正常使用状态下同时存在多条裂缝。因此对混凝土多裂缝非线性演化机理进一步研究,不仅是完善设计理论,从而进行精细化设计的基本要求,同样是评估既有建筑剩余寿命以及加固维修的迫切需求。基于上述研究背景,根据我国规范设计一组剪跨比分别为4.0、3.0、2.0的钢筋混凝土梁,利用数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术捕捉钢筋混凝土梁构件在荷载作用下裂缝萌发及发展的全过程,将试验结果与各国规范进行对比,发现试验结果与规范在裂缝宽度计算值上存在出入并简要分析其原因。在数值模拟层面,本文结合混凝土单轴应力-应变曲线的几何特征与ABAQUS中混凝土损伤塑性模型的定义,对比分析8种国内外常见的应力-应变曲线,本着简洁、适用的原则进行曲线关系的选取工作,并利用Excel实现参数的自动计算。以多伦多大学三点弯曲梁为基准试验进行模型建立过程中各参数合理取值的探讨,引入混凝土材料力学性能非均质性和钢筋混凝土间存在粘结滑移等特点,建立了能够准确描述混凝土构件多裂缝非线性演化的数值模拟方法。并与试验结果进行对比。结果表明,该模拟方法不仅能够从整体层面模拟混凝土构件宏观力学响应(荷载-挠度),而且在裂缝分布和裂缝扩展等层面与试验结果表现出较强的一致性。对混凝土裂缝的研究工作有一定的参考价值。
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