碾压混凝土名义断裂韧度尺寸效应公式适用性的试验探讨.pdf
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1、2 0 1 1年 第 2 期 (总 第2 5 6 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 l ( To t a l No2 5 6) 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 2 0 0 9 碾压混凝土名义断裂韧度尺寸效应公式适用性的 试验探讨 毕重 。王学 志 ,任莉莉 z ,赵辛 ,姜国伟 ( 1 辽宁工业大学 土木建筑工程学院 ,辽宁 锦州 1 2 1 0 0 1 ;2 辽 宁铁道 职业技术学 院,辽宁 锦州 1
2、2 1 0 0 0 ) 摘要 : 通过对碾压混凝 土楔入劈拉试件 断裂试验结果进行分析研究 , 得到 了碾压混凝土的断裂韧度的尺寸效应规律。 将碾 混凝土断 裂韧度试验结果与 已有的普通混凝土断裂韧度 尺寸效 应公 式结合 , 通过对几种模 型计算 结果的分析 比较 , 确 定 _r 碾 压混凝土断裂韧度尺 寸效 应所适用的公式 。 关键词 : 碾压混凝土 ;名义断裂韧度 ;尺寸效 应 ;试验 中图分类号 : T U5 2 8 O l 文献标志码 : A 文章 编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 0 2 9 0 3 Ex per i men t al
3、i n ve s t i ga t i on on s i z e e ffec t f o r mul a 。 S s ui t abl e f or n om i na l f r a ct u r e t oughn es s o f RCC BI Z ho n g WANG Xu e z hi REN L i fi2 , ZHA0 Xi n , J I ANG Gu o we i (1 Co l l e g e o f Ci v i l En g i n e e r i n g, Li a o n i ng Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g
4、 y, J i n z ho u 1 21 0 01 , Chi n a 2 Li a o n i n g Ra i l wa y Va c a t i o n a l a n d Te c h n i c a l Co l l e g e, J i n z h o u 1 2 1 0 0 0, Ch i n a) Abs t r a c t : Si z e e ffe c t r u l e o f fra c t u r e t o u g h n e s s o f RCC wa s g o t t e n o n t h e a n a l y s i s o f fra c t u
5、 r e t e s t r e s u l t s o f RCC we d g e s p l i t t e n s i d e m e t h o d s p e c i m e n s Co mb i n i n g t h e fra c t ur e t e s t r e s u l t s o fRCC a n d t h e e x i s t e d s i z e e ffe c t f o r mu l a f o r fra c t ur e t o u g h n e s s o f c o mm o n c o n c r e t e, s ui t a bl
6、e for - mu l a f o r s i z e e ffe c t f o r m u l a fo r fr a c t u r e t o u g h n e s s o fRCC wa s c o n fir me d o n t h e c o mpa r i n g o f c o mp u t a t i o n r e s u l t s of t h e mo d e l s Ke y wor d s: RCC; n o mi n a l f r a c t u r e t o u g h n e s s ; s i z e e ffe c t ; e x p e r
7、 i me n t 0 引言 式 虫 口 图 所示。 表 1 碾压混凝 土酉 己 合 比 碾压混凝土以其节约水泥用量 、 施 T速度快等优点在在诸如 大坝、 道路等实际T程中得到了越来越广泛的应用。 但值得注意的 是, 大体积碾压混凝土仍然存在常态混凝土中的温度裂缝问题。 因 此 , 对于碾压混凝土的断裂 I生 能进行深入的研究显得十分必要。 目 前 , 关于碾压混凝土的研究集 中于断裂试验研究 1 4 】 、 大体积混凝 土诱导缝开裂 及碾压层面断裂 等方面。 在断裂试验方面, 进 行 了缝高 比和尺寸对断裂韧度的影响分析 , 其 中尺寸效应方 面 的研究存在试件尺寸数量偏少的问题。 为了进
8、一步研究尺寸对碾 压混凝 土的断裂特性 的影 响 , 本文进行 了 4组 不同尺寸的碾压 混凝土楔人劈拉试验并对结果进行分析研究, 得到了碾压混凝土 的断裂韧度的尺寸效应规律并确定了其所适用 的公式。 1 碾压 混凝 土试件 断裂韧度试验研 究 1 1试 件 制 作 试验用水 为生活用 自来水 , 水泥 为 P O 3 2 5级水 泥 , 粉 煤 灰选用 I I 级粉煤 灰 , 砂 子 为天 然中砂 , 筛 出粒径大 于 5 l q lT 1 的 颗粒 , 细度模数大于 2 6 , 含泥量不 大于 2 。 粗骨料采用最大粒 径为 2 0 mm 的一级配碎石 。 外加剂为 D K 5 混凝土高效
9、减水剂 , 试验所用配合比如表 1 所示。 碾压混凝土试件为实验室制作, 采 用附着式振动器分两次碾压成型。 本次试验采用楔人劈拉试件形 收稿 日期 :2 0 1 0 - 0 9 2 2 基金项 目:国家 自然科学基金资助项 目( 5 0 7 0 9 0 1 3 ) 预制裂缝 l + 大理石 上l 图 1 试件的形状及尺寸简图 1 2试验 曲线及 结果 l -2 1 试验参数及 曲线 为了研究断裂韧度尺寸效应公式 , 这里做 了碾 压混 凝土不 同高度共四组楔人劈拉试件。试件参数如表 2所示 , 其中: z , h , t 分别 为试件长度 、 高度 和厚度 , n为裂纹长度 , m为裂纹厚度
10、。 典 型的试验曲线如图 2所示。 1 2 2 试验结果分析 1 2 2 1 断裂韧度计算公式的选用 这里采用 文献f 1 0 1 分析方法 。 以试件 的中心为原点建立如 29 表 2 试件的工况 C M OD, m 图 2 裂缝张开 口位移与荷载关 系曲线 图3 ( a ) 所示的坐标体系, 受力自 勺 J晴况也画在图3 ( a ) 中。 根据力的 平衡可知 l , 2 ,n g + 1 2 P v , 当左右两边对称的力系分别移向 。 、 1 A 2 P b lP v2 P ,2 B2 口。 114 0 J mg l 2 mg 2 , fF 1 2 1 , 2 曰 z 两点, 图3 (
11、a ) 的受力体系( 实线表示) 就等效为图 3 ( b ) 的力系 ( 实线表示) , 其中M= I 2 P h D 一 1 2 P ,e 。 利用力的叠加原理, 图3 ( b ) 可分解为图 3 ( c ) 和 3 ( d ) 两种情况。 根据圣维南原理, 图 3 ( c ) 又可 进一步等效为图 3 ( e ) 。 这样楔入劈拉几何试件的受力情况就转化 为单边开口受均匀拉力 和单边开口 纯弯作用两问黯解的和。 单边开I= I 试件受轴拉作用如图 3 ( e ) , 应力强度因子可用下 式来计算: = _仃、 可 口f ( a D) ( 1 ) 式 中: o - = P h ( D t )
12、 : f( a D) = 1 1 2 2一 O 2 3 1 ( a i D) + 1 0 5 5 0( a D) 一 2 1 7 1 0( ) 3 0 3 8 2( a D) 。 单边开口试件受纯弯矩作用如图 3 ( d ) , 应力强度因子为: - g ( a D) ( 2 ) 式 中: M= I 2 P h D 一 1 2 ; g ( a D ) = 1 1 2 2 1 4 0 ( a D 7 3 3 ( a D) 2 - 1 3 0 8 ( a D) 3 + 1 4 0 ( a D ) 4 o A l 2 Ph P , 2 一 2 、 P Q Bl f l l14 D l M M mg
13、, 2 Q rag 2 J l l, F 1 , 2 1 2 ( c ) ( d ) 图 3 试件的受力图及等效 受力分析图 叠加式 ( 1 ) 和式 ( 2 ) , 楔入劈拉几何在任何加载 时刻裂缝尖 端 的应力强度因子表达式为 : 严K :+ ( 3 ) 1 2 2 2 试 验结果分析 将得到的各试件的试验参数代入式( 3 ) , 可得相应的名义 断裂韧度试验值, 取其平均值列于表 3中。 表 3 试件的断裂韧度试 验值 从表 3中可以看到, 碾压混凝土断裂韧度存在着尺寸效 30 应 , 其总体规律与普通混凝土断裂韧度尺寸效应规律是相同 的, 即随着试件尺寸的增加混凝土的断裂韧度值增加。
14、但碾压 混凝土断裂韧度的尺寸效应公式如何确定则有待进一步的 研究 。 2 碾压 混凝 土断裂韧度尺寸效应公式的确 定 本研究确定碾压混凝土断裂韧度的尺寸效应公式的方法 是在现有断裂韧度尺寸效应公式的基础上, 结合已有碾压混凝 土断 裂韧度试验结果 选定一个适用 于碾压混凝 土的公式形式 并确定其中的参数。 2 1 名义断裂韧度尺寸效应公式的选择 断裂力学用于混凝土始于 K a p l a n发表的文章 I 】 1 , 随后混凝 土断裂力学得到了很大的发展。 目前, 关于混凝土尺寸效应公式 的理论研 究有很 多 , 国外 有 C a r p i n t e r i t 】 、 B a z a n
15、 t ” 、 Hu 14 - 1 5 等人 在这方面进行过深 入地研 究 , 国内大连理 工大学 的徐世娘_ 1 在这方面也进行 了深入研究 。 根据 已做试验 中所 得到 的参数对于公式 的适用 性 以及公 式本身的实用等因素, 这里选择了3个已有模型公式及基于 H u 公式得 到的名义断裂 韧度尺寸效 应公式做 为碾压混 凝土名 义 断裂韧度 尺寸效应 的试验公式。 2 1 1 Hu 和 Wi t t ma n n 提【叶 J 的混凝土断裂韧度尺寸效应公式 1 4 - 15 H u和 Wi t t ma n n在得 到的混凝 土名 义抗拉 强度尺 寸效 应 公式基础 上 , 得到了混凝 土
16、断 裂韧度尺寸效应公式 : y ( ( 、 面 式中 : o 裂缝长度 ; d 缝高 比, a = a h ; K 试件名义断裂韧度 ; 抗拉强度。 B ( ) = ( O ) Y ( O ) 1 1 2 。 1 If 而1 1 2 J , l , c 式中: 广无尺寸效应的断裂韧度。 进而得到了三点弯曲梁断裂韧度的尺寸效应公式 ( 4) 式 中: 试件高度 ; A , B 对于给定的 O t , 通过试验值回归得到的参数。 2 1 2 徐世娘提出的混凝 土断裂韧度尺寸效应公式 徐世娘教授推导了三点弯曲和紧凑拉伸两种常用标准试 件的断裂韧度平均值与尺寸 因素关系的表达式 。 K 、 ( m 式
17、中: 小试件的高度 ; 。小试件的体积; K 小试件的测定 的断裂韧度 ; 大试件的高度 ; 大试件的体积; K 大试 件的预推测 的断裂韧度 ; we i b u l 1 模量 。 它与所测定的失稳断裂韧度试验值的变异系数 G有关: a 一一 一 ( 0 0 1 3C v 0 2 3 0) ( 7) C C D( K) E( K) ( 8) 式 中: D( K) 随即变量 的方差 ; E( K) 随即变量 的数学期望。 2 1 3 文献 3 】 基于 H u 公式提出的名义断裂韧度尺寸效应式( 1 ) 式( 4 ) 是缝 高比与缝 长两个变量的函数 。 同时 , 它还与混凝 土无尺寸效应的断
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