静水压力环境下混凝土裂缝扩展长度试验研究.pdf
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1、2 0 1 1 年 第 8 期 (总 第 2 6 2 期 ) Nu mb e r 8 i n2 0 1 1 ( T o t a l NO 2 6 2 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 8 0 1 4 静水压力环境下混凝土裂缝扩展长度试验研究 王建敏 ,徐世娘 ( 1 大连渤海检测有限公司,辽宁 大连 1 1 6 0 2 1 ;2 浙江大学 建筑工程学院, 浙江 杭州 3 1 0 0 2 7 ) 摘要: 昆 凝土裂缝扩展一
2、直是1 一 程界研究的热门课题,而水压下 昆 凝土裂缝扩展的研究对于混凝土坝的安全运行有着极为重要的作 用 。 摹于此背景 , 开展 了大 型混凝土试件在水压装置作用下 的裂缝扩张长度 的研究 , 通 过全桥应变连接 的试验方法 和双 K断裂理论 , 分别 得到 了裂缝扩展长度 , 并根据对应长度计算 r失稳断裂韧度和黏聚断裂韧度。 结果表明裂缝扩展长度在两种方法下的误差较小 。 断裂韧度的 最大误差相对较大 , 但平均误差仍在工程允许 范围内。 关键 词 : 裂缝 扩展 ;双 K断裂 ;断裂韧度 中图分 类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 i 1 0 0 2 3
3、 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 4 2 0 3 Ex per i men t a l s t u dy on c r a c k pr opa ga t i on on hy dr os t a t i c pr e s s ur e c i r c ums t an c e WANG J i a n- mi n 。 X U S h i - l a n g ( 1 Da l i a n Bo h a i C o n s t r u c t i o n Q u a l i ty I n s p e c t i o n C o , L t d , Da l i a n 1 1
4、 6 0 2 1 , C h i n a ; 2 C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e ri n g a n dA r c h i t e c t u r e , Z h e j i a n gUn i v e r s i t y, Ha n g z h o u 3 1 0 0 2 7 , Ch i n a ) Ab s t r ac t : I t i s i mp o r t a n t t o s t u d y t h e c r a c k p r o pa g ati o n u n d e r h y d r o s t a t i
5、c p r e s s u r e b e c a us e o f t h e d a m c o l l a p s e b y p l e n t y o f c r a c k s i n h y d r a u l i c c o n c r e t e He n c e h e l e n g t h o f c r a c k p r o p a g a t i o n i s c o mp a r e d t o t h e e x p e r i me n t a l v a l u e b y f u l l b r i d g e s t r a i n g a u g
6、e s , wh i c h a r e wi d e l y u s e d f o r t h e s i mp l i c it y a n d f a c i l i t y Fu rth e r mo r e t h e u n s t a b l e f r a c t u r e t o u g h n e s s a n d c o h e s i o n f r a c tur e t o u g h n e s s I t i s c o n c l u d e d t h a t t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s a
7、r e l a r g e r t h a n t h e c a l c u l a t i o n be c a u s e the c r a c k i n t h e i n t e r i o r i s a h e a d o f t h e s u r f a c e Ho we v e r t h e a v e r a g e e r r o r i s a p p r o x i ma t e l y me e t the r e q u i r e me n t i nt h e e n g i n e e rin gp r a c t i c e , a n dt h
8、 e e x p e r i m e n tal me t h o d s c a nb eu s e di nt h ewa t e rp r e s s u r ef o r t h el i m i t a t i o n o f c a l c u l a t i o n Key w o r ds : c r a c k p r o p a g a t i o; d o u bl e K f r a c t u r e c rit e r i o n; f r a c t u r e t o u g h ne s s 0 引言 在混凝土断裂力学研究中, 裂缝的断裂过程区的长度始终 是研
9、 究者关心 的重要 课题之一 。 自从 1 9 6 1 年 Ka p l a n进行 的混 凝土断裂韧度试验l l _开创了混凝土断裂力学研究以来, 经过半 个 多世 纪的研究 , 混凝 土裂缝依 然是研 究的重要 课题 , 因为混 凝土非均匀多相体系的材料特性 , 在制作、 施工以及使用等一 系列过程中不可避免地会出现一些微小的裂缝或其他缺陷, 这 些裂缝或缺陷会在某种应力状态下逐渐扩展成构件的断裂破 坏。 并且对于水压下运行的? 昆 凝土, 在地震或循环荷载作用下 的水工结构, 压力水进入裂缝 , 使得混凝土的所能承受的荷载 明 显减小 , 很 多混凝 土坝在安 全运行期 就发生 了溃坝事
10、故 。 因 此监测水工混凝土在运行期内的裂缝扩展情况 , 根据扩展长度 预测在各种条件下的扩展路径以及危险程度, 可以在进一步扩 展达到溃坝前采取控制措施 , 防止重大事故的发生。 但是由于 水压力作用下的混凝土断裂试验难度非常大, 装置较为复杂, 凶此国外只是少数学者开展过这方面的试验研究。 S a o u ma课 题组对不同水压下扩展裂缝中水压力分布进行了研究口 - 4 1 。 国内 的很多学者主要从数值模拟理论方面进行了研究。 为此, 开展 水压下混凝土裂缝长度的试验研究 , 计算参数模型就有其实际 意 义。 1 试 验 概 述 试验采用楔人式紧凑拉伸试件, 见图 1 ( a ) , 由
11、于试验水压 密封难度大的问题 , 试验中采用j层水压密封 , 即在试件表面 粘贴橡胶板 , 之后再用钢板和球角钢架进行加 固密封 , 保证试件 在高水压下不渗漏 。 具体尺寸见图 1 ( b ) , 试件厚度均为 2 0 0mm。 试验采用混凝土一次性浇筑完毕, 配合比为水泥: 砂: 石子: 水 = 1 : 2 1 7 :3 2 9 : 0 5 2 。 水泥采用大连小野田水泥厂生产的P O 3 2 5 级水 泥 , 粗骨料为青碎石 , 最大粒径为 3 0 mm; 细骨料为河砂, 最大 粒径 为 5 m F f l 。 2 全桥 应 变片的布置与测量 应变片的布置示意图见图 1 ( C ) ,
12、自裂缝尖端开始向下标 记, 强度等级为 1 、 2 、 3 。 每对应变片的垂直设定间距为2 0 mm, 南于粘贴的误差 , 在试验之前 , 重新测量真实距离。 裂缝扩展长 度的测量方法如下: 设某一对应变片距加载点的距离为n , 初始 缝长为 a 0 , 则裂缝的扩展长度 0 _ 铷。 在加载初期的一段时间 内, 应变随着荷载的增长呈线性增加 , 能量不断积聚 , 在应变达 到最大值后, 应变开始回缩 , 能量得到释放 , 这说明裂缝已扩展 至此应变片处 , 此时最大应变值所对应的荷载即为裂缝扩展 “ 时的荷载值, 为此我们可根据每一对应变片监测裂缝的扩展过 收稿 日期 :2 0 1 l _
13、 J 0 2 _ 2 5 基金项目:国家9 7 3 项 目( 2 0 0 2 C B 4 1 2 7 0 9 ) ; 国家自然科学基金重点项目( 5 0 4 3 8 0 1 0 ) 42 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 轴承 刀 口 ( 安装夹式引申计) 应变片 球角 固定架 薄钢板 支座 f a 1 试 件 的尺 寸 和密 封 装置 示 意 图 f b ) 试件 尺寸标 注图 图 1 试件 程, 直至试件失稳断裂。 由于裂缝间隔的选取 , 使得部分试件的 临界裂缝扩展长度位于两组应变片之间, 这样对两个应变片进 行线性插值, 得到最大荷载对应的裂缝扩展长度 吼
14、。 采用应变片测量混凝土裂缝是断裂试验采取的较为普遍 的方法 , 因为它无需附加设备, 在试验开始前根据情况进行粘 贴即可。 由图 2的荷载应变曲线看到 , 通过全桥应变片监测 裂缝 在不同阶段扩展长度的方法简单明了, 而且无需完整的荷载曲 线。 对于应变片测量需要的是整体曲线的趋势图, 即找到最大值 点所对应的荷载是主要的, 而对于应变绝对数值的大小并不重 要, 这也就说明对于应变片标距长度的选择具有很大的自由性, 可以根据试验的其他条件确定。 如针对本试验而言, 为了防止附 加约束对于应 变片 的挤压影 响, 选择 了标距较大的应变片 , 其测 量结果与小标距的应变片在功能上并无区别, 而
15、且这一方法在 测定裂缝扩展长度方面也优于半桥应变片。 由图上可以看到对 于某些应变片, 回弯点较为圆滑, 这样可以采用最大值点两侧 取平均值的方法确定最大应变值。 1 0 0 8 0 z 6 0 4 0 20 0 50 0 5 0 l O0 1 5 0 200 , ( c ) M&S- 3 1 O 0 8 0 歪6 0 4 0 2 0 0 5O O 5 0 1 00 1 50 200 , s ( b ) M&S - 2 ,e l ( e ) M&S 一 5 图 2 应变片对应位置荷载一 应变 曲线 3 结果计算与分析 3 1 结果计算 对于裂缝扩展长度的试验测定方法和曲线, 在文献【 5 进行
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