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摘要：基本上有混凝土破坏的地方，都伴随有裂缝的产生与发展，传统强度理论不能很好解其发展过程，断裂理论为其提供了一个新的思路，本文就断裂理论在混凝土的裂缝分析研究中情况的作了简要介绍，并谈了一些个人看法。
关键词：断裂力学；混凝土；裂缝；
中图分类号：TU37文献标识码： A
引言
混凝土材料是目前运用最广的复合型人工材料之一，是现代工程结构的首选材料，广泛运用于房建、路桥、水利、岩土等土木工程中。在混凝土结构设计中，裂缝控制是其中一个十分重要的内容，规范中对不同环境条件下，构件裂缝的最大宽度做了明确的规定。为了弄清混凝土结构中裂缝的扩展和断裂产生的机理，国内外学者也做了大量的研究探索，但总的来讲，由于混凝土材料的复杂性，研究主要还是采取实验研究和数值模拟，在数值模拟中大多都是采取简化模型，而规范中混凝土裂缝控制的计算公式是在实验的基础上，通过统计分析加上工程实践经验综合而得，没有从理论上解释混凝土结构中裂缝的形成发展和破坏机理。20世纪断裂力学的出现给广大的学者研究混凝土裂缝指明了一个新的方向。
混凝土破坏原因分析
根据大量的研究成果表明，混凝土材料的破坏大致可以分为两类：一是塑性流动，比较常见的就是混凝土的受剪切、受压破坏；另一种是断裂，就是宏观上讲，产生明显可见裂缝导致混凝土结构失效，如混凝土构件的受拉、受弯破坏。归根到底，都是裂纹的产生达到一定程度，导致构件承载力失效。国内外学者研究表明，混凝土是典型的非均匀材料，而且一般还包含初始缺陷，如混凝土构件建造过程中，由于施工、集料、配合比、温度等各种原因导致在结构内部产生空洞、微裂纹、裂缝等。在初始缺陷中，微裂纹在材料中具有很大的随机性，它会影响到混凝土结构的整体性能，而相比较微裂纹而言，尺寸量级要大得多的，具有一定方向性的裂缝，则会影响混凝土材料力学性能在宏观上尺度上的各向同性[1]。而且混凝土结构对拉应力十分敏感，在拉应力作用下，一般混凝土基本上表现为脆性断裂，具有脆性材料的特征，但又不是完全脆性材料，相比较典型的脆性材料玻璃而言，混凝土破坏前有一个稳定的微裂纹发展阶段。因此对于混凝土的断裂破坏来说，是一个与材料内部微裂纹发展密切相关的看似简单而又十分复杂的问题，自混凝土诞生以来，众多的国内外学者一直在为解开这个谜题而不断探索。
断裂力学理论
传统的强度理论是在基于假设材料为均匀、连续性固体。而在实际中，一般材料中总会存在一些初始缺陷，如气孔，夹渣，气孔等，这些缺陷在一定外部荷载条件下会快速扩展，导致构件在低于设计强度下破坏。后来，一些学者注意到内部初始缺陷会对构件性能产生影响，开始研究在外部荷载作用下，裂缝的发展机理，从而在结构设计中考虑到裂缝的影响，这就是断裂力学。
断裂力学是以初始缺陷为出发点，研究已有裂纹在外荷载状况下的尖端附近应力应变情况，研究其裂纹发展规律，了解带裂纹构件的承载能力，从而提出抵抗断裂的设计方法，以保证构件的承载能力和安全工作。断裂力学的产生为以前强度理论无法解释的脆断现象找到了新的解释，并且建立了一个新的脆性构件工程设计强度准则。
目前断裂力学有两大流派：一个是忽略材料内部细微层面缺陷，研究宏观裂缝的发展机理，进一步又分为线弹性和弹塑性两个分支；另一流派是从原子层面的角度，研究晶粒缺陷在荷载下的发展及断裂机理。
按裂缝受力状况，裂纹可以分为三类：(Ⅰ)张开型，(Ⅱ)滑开型，(Ⅲ)撕开型，但在具体工程研究中，有时一个裂纹存在一种以上裂纹类型，研究起来就比较复杂，其也影响了在工程实践中的应用，但经过学者的研究实验总结发现，对低应力脆断起关键作用的是Ⅰ类裂纹，因此主要把研究重心放在一类裂纹上。
混凝土断裂力学
20世纪Griffith等在研究脆性材料基础上提出了断裂理论，并经过后来学者的发展而逐渐形成一门学科“断裂力学”。众所周知，混凝土材料，抗拉能力很弱，在钢筋混凝土构件中，大多时候不考虑它的抗拉作用，破坏基本都是伴随着混凝土裂缝的产生与发展，而且大钢筋多混凝土构件都是带裂缝工作，处于心理和结构安全的原因，结构工程师们必须需要清楚裂缝的存在对构件性能的影响，以及在荷载作用下其发展规律及稳定性。传统经典的强度理论无法胜任这一任务，而断裂力学的应力强度因子和断裂判据理念在脆性材料构件中的良好应用给学者们指明了新的方向，国内外学者开始将这一理论引入到混凝土研究中，并开展了大量的实验研究和理论研究，取得大量成果。这些研究，总的来说基本上仍旧是采用线弹性力学假设，模拟的裂缝类型和数量都十分有限，而且混凝土是非均匀混合材料，影响应力强度因子的因素很多，使得实验研究的结果缺乏实用性。混凝土中初始微裂纹的存在也对裂缝尖端有一定钝化和劣化作用，具体的机理目前还没有完全弄清楚[2]。还有一个影响断裂力学在混凝土工程实践中运用的原因是，对于混凝土材料来说，即使对于一个混凝土构件，取其中某一部分进行研究，其性能能影响整体构件的力学性能，但是却不能代表这一部分混凝土内部的所有部分的力学性能，换句话能部分反应整体，但却不能反应局部。如果要想断裂力学在混凝土中得到更好的运用，就必须得解决好这个矛盾。
目前，虽然断裂力学在混凝土中运用存在很多问题，还不能很好的运用到混凝土工程实践中，但是通过断裂力学的原理和实验研究，我們能更好的认识混凝土结构中得裂缝发展问题，从理念（概念）的角度去思考工程实践中得裂缝问题。例如研究已经表明[3]，钢筋混凝土构件中，钢筋的存在能使混凝土的应力强度因子显著减小，缓和裂缝端部的应力集中强度，因此对于混凝土的防裂可以考虑采用钢筋网片或者加入纤维材料。混凝土对拉应力敏感，裂缝的发展主要是由拉应力引起，可以采取措施减小混凝土结构产生的拉应力的最大值，比如说减小水灰比，控制水泥用量，采用膨胀混凝土，给混凝土施加一个初始应力。
断裂力学是一门还在发展中的新兴理论，混凝土又是非均匀复合材料，关于其内部裂纹的发展及断裂极端复杂，混凝土断裂力学的发展必将是一个漫长的过程，需要众多学者的不断努力。
参考文献
[1]罗晓勇, 施养杭. 混凝土断裂的研究现状与展望[J]. 四川建筑科学研究, 2008, 34(6): 94-99.
[2]杨延毅,周维桓.岩石与混凝土类材料断裂过程研究[J].水利学报, 1992, (11): 69-74.
[3]张艳奇, 吕克金, 张林洪. 钢筋混凝土梁的断裂力学分析[J]. 四川水力发电, 2011, 30(001): 76-79.
关键词：断裂力学；混凝土；裂缝；
中图分类号：TU37文献标识码： A
引言
混凝土材料是目前运用最广的复合型人工材料之一，是现代工程结构的首选材料，广泛运用于房建、路桥、水利、岩土等土木工程中。在混凝土结构设计中，裂缝控制是其中一个十分重要的内容，规范中对不同环境条件下，构件裂缝的最大宽度做了明确的规定。为了弄清混凝土结构中裂缝的扩展和断裂产生的机理，国内外学者也做了大量的研究探索，但总的来讲，由于混凝土材料的复杂性，研究主要还是采取实验研究和数值模拟，在数值模拟中大多都是采取简化模型，而规范中混凝土裂缝控制的计算公式是在实验的基础上，通过统计分析加上工程实践经验综合而得，没有从理论上解释混凝土结构中裂缝的形成发展和破坏机理。20世纪断裂力学的出现给广大的学者研究混凝土裂缝指明了一个新的方向。
混凝土破坏原因分析
根据大量的研究成果表明，混凝土材料的破坏大致可以分为两类：一是塑性流动，比较常见的就是混凝土的受剪切、受压破坏；另一种是断裂，就是宏观上讲，产生明显可见裂缝导致混凝土结构失效，如混凝土构件的受拉、受弯破坏。归根到底，都是裂纹的产生达到一定程度，导致构件承载力失效。国内外学者研究表明，混凝土是典型的非均匀材料，而且一般还包含初始缺陷，如混凝土构件建造过程中，由于施工、集料、配合比、温度等各种原因导致在结构内部产生空洞、微裂纹、裂缝等。在初始缺陷中，微裂纹在材料中具有很大的随机性，它会影响到混凝土结构的整体性能，而相比较微裂纹而言，尺寸量级要大得多的，具有一定方向性的裂缝，则会影响混凝土材料力学性能在宏观上尺度上的各向同性[1]。而且混凝土结构对拉应力十分敏感，在拉应力作用下，一般混凝土基本上表现为脆性断裂，具有脆性材料的特征，但又不是完全脆性材料，相比较典型的脆性材料玻璃而言，混凝土破坏前有一个稳定的微裂纹发展阶段。因此对于混凝土的断裂破坏来说，是一个与材料内部微裂纹发展密切相关的看似简单而又十分复杂的问题，自混凝土诞生以来，众多的国内外学者一直在为解开这个谜题而不断探索。
断裂力学理论
传统的强度理论是在基于假设材料为均匀、连续性固体。而在实际中，一般材料中总会存在一些初始缺陷，如气孔，夹渣，气孔等，这些缺陷在一定外部荷载条件下会快速扩展，导致构件在低于设计强度下破坏。后来，一些学者注意到内部初始缺陷会对构件性能产生影响，开始研究在外部荷载作用下，裂缝的发展机理，从而在结构设计中考虑到裂缝的影响，这就是断裂力学。
断裂力学是以初始缺陷为出发点，研究已有裂纹在外荷载状况下的尖端附近应力应变情况，研究其裂纹发展规律，了解带裂纹构件的承载能力，从而提出抵抗断裂的设计方法，以保证构件的承载能力和安全工作。断裂力学的产生为以前强度理论无法解释的脆断现象找到了新的解释，并且建立了一个新的脆性构件工程设计强度准则。
目前断裂力学有两大流派：一个是忽略材料内部细微层面缺陷，研究宏观裂缝的发展机理，进一步又分为线弹性和弹塑性两个分支；另一流派是从原子层面的角度，研究晶粒缺陷在荷载下的发展及断裂机理。
按裂缝受力状况，裂纹可以分为三类：(Ⅰ)张开型，(Ⅱ)滑开型，(Ⅲ)撕开型，但在具体工程研究中，有时一个裂纹存在一种以上裂纹类型，研究起来就比较复杂，其也影响了在工程实践中的应用，但经过学者的研究实验总结发现，对低应力脆断起关键作用的是Ⅰ类裂纹，因此主要把研究重心放在一类裂纹上。
混凝土断裂力学
20世纪Griffith等在研究脆性材料基础上提出了断裂理论，并经过后来学者的发展而逐渐形成一门学科“断裂力学”。众所周知，混凝土材料，抗拉能力很弱，在钢筋混凝土构件中，大多时候不考虑它的抗拉作用，破坏基本都是伴随着混凝土裂缝的产生与发展，而且大钢筋多混凝土构件都是带裂缝工作，处于心理和结构安全的原因，结构工程师们必须需要清楚裂缝的存在对构件性能的影响，以及在荷载作用下其发展规律及稳定性。传统经典的强度理论无法胜任这一任务，而断裂力学的应力强度因子和断裂判据理念在脆性材料构件中的良好应用给学者们指明了新的方向，国内外学者开始将这一理论引入到混凝土研究中，并开展了大量的实验研究和理论研究，取得大量成果。这些研究，总的来说基本上仍旧是采用线弹性力学假设，模拟的裂缝类型和数量都十分有限，而且混凝土是非均匀混合材料，影响应力强度因子的因素很多，使得实验研究的结果缺乏实用性。混凝土中初始微裂纹的存在也对裂缝尖端有一定钝化和劣化作用，具体的机理目前还没有完全弄清楚[2]。还有一个影响断裂力学在混凝土工程实践中运用的原因是，对于混凝土材料来说，即使对于一个混凝土构件，取其中某一部分进行研究，其性能能影响整体构件的力学性能，但是却不能代表这一部分混凝土内部的所有部分的力学性能，换句话能部分反应整体，但却不能反应局部。如果要想断裂力学在混凝土中得到更好的运用，就必须得解决好这个矛盾。
目前，虽然断裂力学在混凝土中运用存在很多问题，还不能很好的运用到混凝土工程实践中，但是通过断裂力学的原理和实验研究，我們能更好的认识混凝土结构中得裂缝发展问题，从理念（概念）的角度去思考工程实践中得裂缝问题。例如研究已经表明[3]，钢筋混凝土构件中，钢筋的存在能使混凝土的应力强度因子显著减小，缓和裂缝端部的应力集中强度，因此对于混凝土的防裂可以考虑采用钢筋网片或者加入纤维材料。混凝土对拉应力敏感，裂缝的发展主要是由拉应力引起，可以采取措施减小混凝土结构产生的拉应力的最大值，比如说减小水灰比，控制水泥用量，采用膨胀混凝土，给混凝土施加一个初始应力。
断裂力学是一门还在发展中的新兴理论，混凝土又是非均匀复合材料，关于其内部裂纹的发展及断裂极端复杂，混凝土断裂力学的发展必将是一个漫长的过程，需要众多学者的不断努力。
参考文献
[1]罗晓勇, 施养杭. 混凝土断裂的研究现状与展望[J]. 四川建筑科学研究, 2008, 34(6): 94-99.
[2]杨延毅,周维桓.岩石与混凝土类材料断裂过程研究[J].水利学报, 1992, (11): 69-74.
[3]张艳奇, 吕克金, 张林洪. 钢筋混凝土梁的断裂力学分析[J]. 四川水力发电, 2011, 30(001): 76-79.