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裂缝的稳定性问题是混凝土结构安全运行中十分重要而令人关注的问题,在判断裂缝是否会发生失稳扩展时,结构中裂缝缝端的断裂参数和断裂判据是至关重要的。从混凝土结构断裂破坏试验的荷载.位移曲线可以看出,混凝土结构在失稳断裂破坏时裂缝前缘己存在一定的微裂纹区,即断裂过程区,微裂纹的出现及发展使混凝土表现出一定的非线性特性,因此断裂参数的测定及断裂判据的建立应考虑断裂过程区的影响。本文针对考虑断裂过程区影响的各单一型和各复合型裂缝断裂韧度计算及断裂判据建立进行了一系列深入研究,具体内容如下:
1.基于Ⅰ型断裂双K断裂准则的思想和线性渐进叠加假定,通过分析各单一型及各复合型裂缝断裂试验表现出的非线性特性,研究了断裂过程区对断裂韧度计算的影响。提出了一种根据试验荷载一位移曲线确定裂缝失稳断裂时临界有效裂缝长度的方法,并采用这种方法对前人进行的某系列断裂试验中获得的试验成果曲线进行了再分析,得到了系列断裂试验中各试件考虑断裂过程区影响的临界有效裂缝长度,据此计算了其失稳断裂韧度。根据计算结果,建立了该系列断裂试验混凝土考虑断裂过程区影响的系列断裂K判据。
2.进行了Ⅰ型、Ⅱ型及Ⅰ-Ⅱ复合型断裂试验研究。通过对试验实测曲线分析,用本文提出的方法计算了本次混凝土试件考虑断裂过程区影响的临界有效裂缝长度和失稳断裂韧度,建立了该混凝土考虑断裂过程区影响的Ⅰ-Ⅱ复合型拉剪断裂判据,并阐述了Ⅰ型、Ⅱ型裂缝临界有效裂缝长度的特点。
3.探讨了采用数值模拟实验来获取混凝土断裂破坏过程荷载.位移曲线的方法。采用有限元数值模拟实验,模拟了某完整系列混凝土断裂破坏试验中所有组试件的加载过程,获得了该系列试验中所有组试件考虑断裂过程区影响的荷载.位移曲线上升段。用本文提出的方法确定了各组试件在失稳断裂时考虑断裂过程区影响的临界有效裂缝长度,计算了考虑断裂过程区影响的失稳断裂韧度,从而用数值模拟实验的方法建立了考虑断裂过程区影响的混凝土完整系列断裂K判据。
4.用混凝土损伤理论,研究了各单一型及各复合型断裂破坏过程中断裂过程区的损伤行为。通过损伤计算,研究了前人进行的某系列混凝土断裂破坏试验中各单一型梁式试件及各复合型梁式试件在加载至峰值荷载过程中断裂过程区的损伤演变和发展过程,提出了用损伤描述断裂过程区及通过损伤分析计算确定临界有效裂缝长度的思路。
5.按考虑断裂过程区影响的断裂判据,进行了两个工程实例中裂缝稳定性的计算,演示了考虑断裂过程区影响断裂判据的建立及其应用。并与不考虑断裂过程区影响的结果进行了比较,论证了考虑断裂过程区影响建立的判据更为合理,可直接应用于工程实际问题。