用断裂力学法研究混凝土表面温度裂缝问题
混凝土的断裂力学及应用

混凝土的断裂力学及应用混凝土是一种广泛应用于建筑工程中的重要建材,在支撑结构和基础设施中占据着重要地位。
为了保证建筑物的安全性和可持续性发展,研究混凝土的断裂力学是至关重要的。
本文将重点探讨混凝土的断裂力学原理以及其在实际应用中的重要性。
一、混凝土的断裂力学原理混凝土的断裂力学主要涉及材料的力学性能和应力传递机制。
混凝土是由水泥粘结剂和骨料颗粒组成的复合材料,其力学性能受到多种因素的影响,如水泥的品种和用量、骨料的类型和粒径分布、混凝土的配合比和养护条件等。
1.1 断裂强度混凝土的断裂强度是指在受拉应力作用下,混凝土发生破坏的最大应力值。
不同混凝土配方和养护条件下的断裂强度不同,可以通过实验测试来获得。
断裂强度的大小直接影响着建筑物的抗震能力和结构的安全性。
1.2 断裂韧性混凝土的断裂韧性是指在受拉应力下,混凝土发生破坏前的塑性变形能力。
断裂韧性与混凝土的粘结能力密切相关,粘结力越强,混凝土的断裂韧性就越高。
断裂韧性的提高可以延缓混凝土的破坏过程,提高结构的抗震性能。
二、混凝土断裂力学的应用混凝土断裂力学的研究对于建筑工程的设计和维护具有重要意义,以下是几个常见的应用领域:2.1 结构设计混凝土的断裂力学可以用于建筑结构的设计和优化。
通过对混凝土的力学性能进行研究,可以确定合适的配筋、配合比和结构形式,从而提高建筑结构的承载能力和抗震性能。
2.2 施工工艺混凝土断裂力学的研究可以为建筑施工工艺提供理论依据。
在混凝土浇筑过程中,合理控制施工速度和浇筑顺序,避免应力集中和开裂现象的发生,保证混凝土结构的质量和耐久性。
2.3 维修与加固对老旧建筑的维修和加固也是混凝土断裂力学的重要应用领域。
通过研究混凝土的断裂韧性和脆性破坏机制,可以确定合适的维修材料和加固方法,延长建筑物的使用寿命。
2.4 抗震设计抗震设计是混凝土断裂力学应用的主要领域之一。
混凝土结构在地震作用下会受到复杂的力学影响,研究混凝土的断裂力学可以帮助工程师设计合适的结构形式和加固措施,提高建筑物的抗震性能。
断裂力学原理在带裂缝混凝土结构检测评估中的应用方法

断裂力学原理在带裂缝混凝土结构检测评估巾的应用方法
重庆 交通 大 学土木 建筑 学 院 罗长 维
[ 摘 要] 混凝土 结构是 目前 国 内使 用最为广泛 的结构 , 由于初 期混凝 土配合 比设 计 以及后 期施工原 因 , 在 结构物 内部 会形成 一些 “ 先 天” 裂缝 , 这些裂缝在不利环境 的使 用下会慢 慢扩展 , 最终导致 结构物 出现 断裂破 坏。通过超声波探伤技术并利 用断裂力学原理 可 以对含有 裂缝 的混凝 土结构物进行承 栽能力评估 。 [ 关键词 ] 断裂力学 K判据 应用方法
目前 国内对 于混凝土 结构物的表 面出现 的裂缝 , 主要是根据 结构 的不同部位和所处 的不 同环境类 别与 相应规 范的裂缝限值 进行 比较从 而得出结论 。很少采用 断裂力学 理论 对结构物的承载能力进行真正的 实效评估 。而基于断裂 力学理论对带 裂缝混凝土结构的承载能力进行
土结构 是一种复 合型材料 , 是 由粗 细骨料分布 在多孑 L 粘合基 质——水 泥石 内形成 的。 “ 先 天” 裂缝和骨料与水泥石 的结合 面的缺陷 , 是结构物 最初始 的裂纹缺 陷。 “ 先天 ” 裂缝 一旦扩展 , 将会沿着结 合面发展 , 通过 用电子显 微镜观测 已经建立 了结合面 的简 化结构模 型 , 从理论上 解释
了结合 面的薄弱性 。通常情 况下结合 面上的值 K 小于两 种主要成
分( 骨料 、 水泥石 ) 各 自的 K 值。 结构物 总是长期处 于荷载作用 和不 良环境的使用 下 , 已经存 在的
弯 曲实验和 紧凑拉 伸试 验获得。根据实际混凝土板结构 的裂纹建立有
限元模型或实验模 型 , 得到设计荷载下结构破坏时 的最大拉应力为 ,
混凝土材料断裂参数试验方法与力学特性研究

混凝土材料断裂参数试验方法与力学特性研究混凝土是我们日常生活中常见的建筑材料之一,其强度和耐久性对于建筑结构的稳定性和安全性至关重要。
而混凝土材料的断裂参数试验方法和力学特性的研究,对于混凝土的设计和使用具有重要意义。
混凝土的断裂参数试验方法是通过对混凝土试件进行拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等,得到混凝土的断裂强度、断裂韧度和断裂模量等参数。
其中,拉伸试验是常用的试验方法之一。
在拉伸试验中,通过对试件加载,逐渐增大外力,直至试件发生破裂,同时记录外力和试件变形的关系。
通过分析试验数据,可以得到混凝土的拉伸强度和拉伸韧度等参数。
同样,压缩试验和弯曲试验也是常用的试验方法,它们可以得到混凝土在压缩和弯曲载荷下的强度和变形特性。
混凝土的力学特性是指混凝土在受力作用下的变形和破坏特性。
混凝土的力学特性包括弹性模量、泊松比、抗拉强度、抗压强度等。
其中,弹性模量是描述混凝土在弹性阶段行为的一个重要参数,它反映了混凝土的刚度。
泊松比是描述混凝土在受力作用下纵向应变与横向应变的比值。
抗拉强度和抗压强度是描述混凝土在拉伸和压缩载荷下的抵抗能力。
通过研究混凝土的力学特性,可以更好地了解混凝土受力行为,指导混凝土结构的设计和施工。
混凝土材料的断裂参数试验方法和力学特性的研究对于混凝土的设计和使用具有重要意义。
首先,通过混凝土的断裂参数试验方法,可以测定混凝土的断裂强度和断裂韧度等参数,为混凝土结构的设计提供依据。
其次,通过研究混凝土的力学特性,可以更好地了解混凝土在受力作用下的变形和破坏特性,为混凝土结构的使用和维护提供参考。
此外,混凝土材料的断裂参数试验方法和力学特性的研究还可以指导混凝土材料的配合比设计和改性。
然而,混凝土材料的断裂参数试验方法和力学特性的研究也存在一些挑战和难点。
首先,混凝土是一种复杂的多孔材料,其微观结构、孔隙率等因素对其断裂参数和力学特性具有重要影响,因此需要考虑材料的微观结构和孔隙性质。
其次,混凝土在受力作用下的变形和破坏是一个非线性过程,需要使用适当的数学模型和试验方法来描述。
运用断裂力学对碾压混凝土坝表面裂缝稳定性的分析研究

KJ =Kr + Km— K口 Ki r ≥ c
图 2 劈 头裂缝剖面示意 图 t.上 ..
3 ̄ , 0' 层间间隔设 计允 许值为 6, 压坝块 厚一般 为 a n h碾
() 3
3, m 间隔时间为 3 d ~5。坝址 地处严 寒地 区, 效施 有
工期约为 7 个月 。混凝土铺筑初凝后开始保温 , 温 保
展深度 h 时, 裂缝将发生不稳定扩展。最后本文运用 了一个工程实例 来说 明这种方法可以运 用于工程实
际, 指导工程施 工和运行, 有一定的现实意义。 具
关键词 : 碾压混凝土坝 ; 断裂力学 ; 应力强度 因子 ; 断裂韧度 ; 临界 裂缝深度
裂缝形式大致可分为表面裂缝和贯穿性裂缝, 在
李 新, 军 , 惠 兰 : 用断 裂力 学对碾压 混凝 土坝表 面裂缝 稳 定性 的分析 研 究 王 张 运
为:
p
・4 ・ 5
Kr c 保持稳定 , 可作为大体积混凝土断裂参数 , 本文建
议采用 Kt=10加 n3 。 c . l2 / 3 工程实例
某北方寒冷地 区在建 的碾压混凝土重力 坝, 坝顶
摘
8 00 3 0 0)
要: 碾压混凝土坝在施工和运 行过程 中可能 存在许 多表面 裂缝, 遇温度骤 降( 寒潮侵 袭或坝体 挡
水 等) 可能使 裂缝进一步扩展。本文运 用断 裂力学分析的方法, 时, 进行 了初 步探讨 , 出一种 判断裂缝稳 提
定性的方法, 遇温度骤降 当裂缝深 度超过 临界 裂缝深 度 L C时, 面裂缝将 发生扩展 ; 表 当超过 裂缝 稳定 扩
步研 究混凝土表面裂缝 的稳定性。
K, 11 1盯 +0 4 9") :( 2 5 】 .3 0 2
混凝土结构的断裂力学研究

混凝土结构的断裂力学研究一、引言混凝土结构是建筑领域中常见的结构形式之一,因其具有优异的耐久性、施工方便、成本低廉等优点而得到广泛应用。
然而,在长期使用过程中,混凝土结构可能会出现各种各样的损伤,其中最为严重的就是断裂。
因此,混凝土结构的断裂力学研究变得越来越重要。
二、混凝土的断裂机理混凝土是一种复杂的多相材料,在外载荷的作用下,可能会发生微裂纹、裂纹扩展等断裂行为。
混凝土的断裂机理主要包括以下几个方面:1.拉伸断裂混凝土的拉伸强度较低,一般只有其压缩强度的1/10左右。
在拉伸载荷的作用下,混凝土中的微裂纹逐渐扩展,最终导致混凝土的断裂。
2.剪切断裂混凝土的剪切强度较低,一般只有其抗压强度的1/2左右。
在剪切载荷的作用下,混凝土中的微裂纹也会逐渐扩展,最终导致混凝土的断裂。
3.压缩断裂混凝土的压缩强度较高,一般可以达到其抗拉强度的5倍左右。
但在高强度载荷的作用下,混凝土也可能会出现压缩断裂。
三、混凝土断裂力学的研究方法混凝土的断裂行为是一个复杂的过程,需要采用多种方法进行研究。
目前,主要的研究方法包括实验研究、数值模拟和理论分析。
1.实验研究实验研究是混凝土断裂力学研究的基础,通过对混凝土试件进行拉伸、剪切、压缩等载荷实验,可以获取混凝土的应力-应变关系、断裂强度等参数。
同时,还可以观察混凝土断裂过程中的微观变化,揭示混凝土断裂机理。
2.数值模拟数值模拟是一种重要的混凝土断裂力学研究方法,通过建立混凝土的数学模型,采用有限元方法等数值分析技术,模拟混凝土在外载荷下的力学行为和断裂过程。
数值模拟可以提供混凝土断裂行为的定量预测和深入的理解。
3.理论分析理论分析是混凝土断裂力学研究的另一种方法,通过建立混凝土的力学模型,利用应力分析、损伤力学等理论分析方法,揭示混凝土在外载荷下的力学行为和断裂机理。
理论分析可以提供混凝土断裂行为的深入理解和洞察力。
四、混凝土断裂力学的研究进展混凝土的断裂力学研究已经进行了多年,取得了不少进展。
基于断裂力学的水泥混凝土路面裂缝成因分析

助 理 工 程 师 ,先 后 参 加 了 沪 宁 拓 宽 扩 建 工 程 、 宁 杭 高 速 公
路 、 沿 海 高 速 公 路 、泰 州 长 江 公 路 大 桥 接 线 工 程 等 项 目 的 勘 察 设 计 及 试 验 检 测 工 作 , 发 表 专 业 学 术 论 文 十 余 篇 ,现 任 职 于 江 苏 省 交 通规 划设 计 院 有 限公 司 。
随着 过渡 层 的破坏 及 面板 与基层 的分 离 .水 泥 混凝 土路 面 随温度 的变 化 产生胀 缩 和温 度变 形 ,致
图 3 板 中 裂 纹 的 形 成 不 恿 图
32 冲 击荷 载作 用 下板底 裂 纹的 扩展 . 路 面板 在运 动荷 载作 用下会 发 生振 动 ,板 的振
,
第 一种情 况 ,板底 及板 中出现裂 纹后 ,在 荷载 作 用下 受拉 区会 出现损 伤 。即 :
=
按前 所述 ,由于实 际 的路面 板底 存在 事 实上 的
式 中: 拉 —— 板 底 出现裂 纹后 的拉应 力 ; O —— 路 面板 完好 时 的拉 应力 ; t 柿
D —板 底初 始损 伤度 。 —
式 中 :E — 损伤 前水 泥混 凝土 的弹性 模量 ; —
J D —— 损 伤度 。
幽1 溥 弱 层 的 彤 成 不 惹 图
通 过 分 析 发 现 .在 行 车荷 载 和 温 度 应 力 作 用 下 。损伤 度会 逐渐 增大 ,路 面板 中裂 纹尖 端 附近 的 水泥 混凝 土逐 渐损 伤 ,裂纹 会逐 渐 发展 和加 剧 ,而
J 一1
aus s A nal i 0I e ys s
混凝土断裂韧性试验研究及应用

混凝土断裂韧性试验研究及应用混凝土是一种广泛应用于建筑和基础工程中的材料,其性能对于工程结构的安全和可靠性至关重要。
而混凝土的断裂韧性则成为评估其抗裂性能的指标之一。
本文将深入探讨混凝土断裂韧性试验的研究和应用。
一、混凝土断裂韧性的定义与重要性(100字)混凝土的断裂韧性是指混凝土在受到外力作用下出现裂缝时能够继续承载荷载的能力。
这个指标对于评估混凝土的结构性能、耐久性以及工程结构的安全性具有重要意义。
通过研究混凝土的断裂韧性,可以提高混凝土结构的抗裂能力,延缓裂缝扩展速度,确保结构的使用寿命。
二、混凝土断裂韧性试验的研究方法(300字)为了评估混凝土的断裂韧性,研究者们开展了一系列的试验方法。
其中最为常见的试验方法包括拉伸试验、三点弯曲试验和剪切试验。
1. 拉伸试验拉伸试验是评估混凝土的抗拉性能和断裂韧性的常用方法。
通过施加拉力,研究者可以观察到混凝土试件在出现裂缝后的承载能力。
在拉伸试验中,研究者通常使用标准拉伸试验机,施加恒定的拉力,同时记录试件的变形和载荷变化。
通过测量载荷-位移曲线,可以确定混凝土的弹性模量、断裂韧性等参数。
2. 三点弯曲试验三点弯曲试验是评估混凝土断裂韧性的另一常见方法。
在这个试验中,研究者将混凝土试件放置在两个支撑点之间,然后施加向下的负载。
通过观察混凝土试件的裂缝形态和载荷-位移曲线,可以评估混凝土的抗弯性能和断裂韧性。
3. 剪切试验剪切试验是研究混凝土的剪切行为和断裂韧性的一种方法。
在剪切试验中,研究者通常使用剪切试验机,施加相对运动的剪切力。
通过观察混凝土试件的裂缝形态和载荷-位移曲线,可以评估混凝土的抗剪性能和断裂韧性。
三、混凝土断裂韧性试验研究的应用(500字)混凝土断裂韧性试验的研究在工程领域有着广泛的应用。
下面将分别从结构设计、材料改进以及耐久性评估三个方面介绍这些应用。
1. 结构设计混凝土断裂韧性试验可以为结构设计提供重要的依据。
在进行结构设计时,了解混凝土的断裂韧性可以帮助工程师选择合适的材料和设计适当的结构要求。
闸墩混凝土表面温度裂缝稳定性断裂力学分析

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J 1 2 0 u. 0r 7
闸墩 混凝 土表 面 温 度 裂缝 稳定 性 断裂 力 学分 析
李先 明, 忠 国 秦
( 海大 学土木工程学 院,江苏 南京 河 209 ) 108
摘要 : 用断裂 力学方 法对 闸墩 类 大体积 混凝 土表 面 温度微 裂缝 的稳定 性进行 了分 析 , 采 并预测 了其 发展 趋 势 . 分析 结果表 明 : 裂缝 处温 度 变化 幅 度 △f承 受 的拉 应 力 以及 裂缝 端 部 应 力 强度 因子 、 T是影 响裂缝 发展 趋势 的主要 因素 ; c 对承 受较 小稳 定拉 应 力的 混凝 土 来说 , 只要 降温 幅度保 持 在
收 稿 日期 :O6 0 —0 2O — 5 2
作者简介 : 李先明(97 )男 , 17 ~ , 湖北天门人 , 士研究生 , 硕 主要从事大体积混凝土温度应 力及温度控制研究
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第 4期
李先 明, 等闸墩 混凝来自土表面温度裂缝稳定性断裂力学分析
基本 假定 :a闸墩混 凝 土为无 限宽 大板 , 单 向均匀 拉应 力 作 用 ;b混凝 土 的拉伸 应力 应 变关 系及 () 受 ()
应变软化曲线均是线性的;c断裂过程区外仍为弹性主导区. () 断裂过程区模型E ̄ 图 23 3 N , 所示 . ] 图中:E M LF 为线弹性断裂力学应力应变 曲线 ;。 c 为初始裂缝长; 为断裂临界状态时的约束裂缝 区长 ; ( 为约束微 t r ) 裂缝间闭合力 ; 为外应力 ; 。 A 为弹性应力分布面积; 2 A 为能量面积; 为等效裂缝长 ; 为断裂过程区长 ; c t z r 为 弹性 区长 . n
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水 20 0 2年 第 2期
力
发
电
学
报
J U N LO Y R E E T I N N E IG O R A FH D O L C R C E GIE R N
总第 7 7期
用 断 裂 力 学 法 研 究 混 凝 土 表 面 温 度 裂 缝 问题
维普资讯
3 2
气 温 年 变 化 、 t 化 和 寒 流 袭 击 等 中间 变 化 均 用 正 弦 曲线 拟 合 。 E变 日平 均 气 温 年 变 化 为 :
=
1. 1 8+ 1 .s c( 3 5 io t— t ) n 。
响 。 另 外 , 于 混 凝 土 已有 的 表 面 或 深 层 裂 缝 是 稳 定 还 是 继 续 向 内 部 发 展 成 贯 穿 性 裂 缝 对 的 问题 , 有 的 应 力 与 强 度 理 论 是 难 以判 断 的 。 断 裂 力 学 方 法 虽 然 已 应 用 于 金 属 结 构 的 现 断裂 分 析 中 , 目前 国 内外 尚 很 少 用 断 裂 力 学 的 机 理 来 研 究 混 凝 土 的 温 度 断 裂 问 题 。 本 但 文 所 做 的 工 作 就 是 利 用 断 裂 力 学 原 理 和 判 据 来 分 析 在 温 度 变 化 条 件 下 混 凝 土 表 面裂 缝 性 能 和对断裂稳定 问题做些初步探讨 。
方 法 研 究 混 凝 土 温 度 裂 缝 的 出现 和 扩 展 , 仅从 应 力 和强 度 的 对 比来 判 断 , 得 结 论 往 往 仅 所
与 实 际 有 偏 差 。 例 如 算 得 拉 应 力 不 大 , 实 际 却 开 裂 了 , 是 因 为 未 考 虑 已有 微 裂 纹 的 影 但 就
步 过 渡 到 5 m; 基 单 元 边 长从 混 凝 土 附 近 的 5 m逐 渐 过 渡 到 远 处 和 深 处 的 lO m。 混 凝 c 土 c Oc
土 板 与 基 础 的几 何 模 型 见 图 1 。
收 稿 日期 :20 .93 0 10 .0 作 者 简 介 :麦 家 煊 ,9 4年 生 , , 授 14 男 教 基 金 项 目 :清 华 大 学 9 5科 学 研 究 基 金 8
( )= r ( 1一 e ) 一- () 2 () 3 E( ) = E ( r 。 1一 e — )
r为 混 凝 土 板 的 浇筑 龄 期 ( ) 。 m. E。 d , 、 、 和 m 的 含 义 和取 值 如 表 1所 示 。
表 1 混 凝 土 和 土 基 的 力 学 和 热 学 参 数 材 料 参 数
( ) ℃
() 1
式 中 : =2r3 5 t以 每 年 的 1 1日为 时 间坐 标 的零 点 , =1 5 。 ( u z 6 ; / 月 t 0 d 气 温 日变 幅 和 中 间温 度 变 幅 均 取 8 , ℃ 中间 温 变 周 期 为 8 。 d
标 号 为 C 0的混 凝 土 , 试 验 量 测 , 绝 热 温 升 ( ) 弹性 模 量 E( ) 别 为 : 2 经 其 r和 r分
2 混 凝 土 受 寒 潮 侵 袭 算 例 计 算 模 型
2 1 计 算 对 象 及 计 算 参 数 .
设 土 基 上 的一 段 混 凝 土 浇 筑 块 长 1 m, 5 高 0 4 0 宽 m, .m。 本 文 主 要 采 用 有 限 元 方 法 作 应 力 和 位 移 分 析 , 计 算 温 度 场 和 温 度 应 力 时 , 获 得 较 好 的 计 算 精 度 , 础 部 分 取 计 算 在 为 基 长 度 3 m、 2 m、 2 m, 远 处 和 深 处 的 不 同方 向 加 以 约 束 , 凝 土 板 置 于 土 基 上 表 面 0 宽 5 深 0 在 混 的 中 部 ; 靠 近 混 凝 土 上 表 面 2 c 的范 围 内 , 元 边 长 为 2 m 其 余 的 混 凝 土单 元 边 长 逐 在 0m 单 c
对 比来 判断 混凝 土 是否 开 裂 以及裂 纹是 否 稳定 是不 够 的 。 关 键 词 :混 凝 土 ; 面 温 度 裂 缝 ; 力 强 度 因 子 ; 裂 韧 度 表 应 断
中 图 分 类 号 : V 3 T 41 文 献 标 识 码 :A
1 前 言
据 统 计 水 工 混 凝 土 结 构 出现 的 裂 缝 大 多 数 是 温度 裂 缝 。 以 往人 们 很 少 用 断 裂 力 学 的
麦 家 煊 李 惠 娟 裴 文 林
( 清华 大 学 水 利 水 电工 程 系 ,北 京 10 8 ) 004
摘 要 : 文 通 过 算 例 , 用 有 限 元 方 法 计 算 在 温 降 荷 载 作 用 下 混 凝 土 的 应 力 分 布 , 应 用 本 应 并
断 裂 力 学 方 法 研 究 由 此 引 起 的 表 面 裂 缝 问 题 。结 果 表 明 , 往 仅 从 混 凝 土 温 度 应 力 和 强 度 的 以
弹 性模 量 E ( P ) 。 M a
泊桑比 / 1
常 态 混 凝 土
2 6×l 4 . 0
0 1 .7
土 基
20 0
03 .0
混 凝土 在 空气 中 的散热 系 数 口 k/m ・ ・C ] [ J ( 2 d q ) l o .8 O 4 8 比 热 C [ J( g q ) 1, k ・ C ] c 0 9 8 .5 8 0 8 .2
导 温 系 数 a ( 2d ] [ m , ) 最 高 绝 热 温 升 (C q)
线 膨 胀 系 数 a 1q ( ,C) 水 化 热 速 率 m。 弹模增 长 指数 m 容 重 y k / 3 (Nm ) 图 l 混 凝 土 板 与 基 础 的 几 何 模 型
006 .9 2 .2 8 1