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混凝土的破坏过程一直以来都是混凝土材料研究中的重点内容。混凝土的破坏与初始缺陷有着很大的关系,研究混凝土中初始缺陷的发展规律对现代建筑有着十分重要的意义。 一般情况下,混凝土结构都是带裂纹工作的,而且存在着多个裂纹,这些裂纹可以认为是混凝土结构的初始缺陷。本文以此为出发点,对多裂纹混凝土结构的裂纹发展规律、结构的极限承载力以及结构的荷载-挠度曲线进行了研究。 本文采用扩展有限元方法,其优势体现在网格划分上,即不需要对裂纹所在位置进行高密度划分,就能得到精确的结果,大大提高了计算效率。参照断裂力学的相关理论,将有效的断裂准则应用到模拟中,较准确的展现了结构破坏过程的四个阶段:弹性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹的失稳扩展阶段和停止扩展阶段。 对多裂纹混凝土结构破坏过程的研究,论文采用含有多裂纹的混凝土三点弯曲梁模型,分为两个方面进行模拟:一是含中心裂纹的多裂纹模拟,另一是无中心裂纹的多裂纹模拟。 对含中心裂纹的情况,通过变化裂纹的数量、裂纹与水平边界的角度、裂纹的长度、裂纹距中心裂纹的水平距离这四个参数来研究对结构破坏的影响。计算结果显示:对双裂纹模型,裂纹的扩展以中心裂纹为主,裂纹的扩展路径和扩展形式均与只存在中心裂纹的单裂纹模型相似,边裂纹的变化对结构的极限承载力没有明显影响;对于三裂纹模型,边裂纹的扩展只在一定角度情况下表现活跃,但是扩展仍然是以中心裂纹为主,极限荷载值受边裂纹的影响较双裂纹明显;两种裂纹情况下,中心裂纹的长度是影响结构承载力的主要因素。文中还将计算结果和试验结果进行比较,结果显示本文所采用的数值模拟方法与试验结果吻合较好。 无中心裂纹的情况下,取裂纹的数量、裂纹与水平边界的夹角、裂纹的长度和裂纹距中点的水平距离四个变量。计算结果显示,只存在两条边裂纹的情况下,结构的极限承载力明显提高,裂纹长度和裂纹间距离对结构的承载力影响明显加强;同时得到,中间裂纹角度改变时,结构的极限承载力也发生了明显的变化,角度越是接近90°,这种效果越明显,承载力越低。 通过这两方面的模拟发现,中心裂纹存在是最危险的情况,中心裂纹存在时,裂纹的扩展以中心裂纹为主,结构的极限承载力明显降低,边裂纹的存在对整个结构的影响并不明显。在无中心裂纹的情况下,边裂纹变量对结构极限承载力的影响得以体现,由强到弱依次为:裂纹长度、裂纹距离、裂纹角度。因此,中心裂纹的存在是应首要避免的状态。 论文研究结果表明,运用扩展有限元研究混凝土多裂纹扩展过程是行之有效的,对混凝土扩展的研究具有较好的理论和实践意义。