大摻量粉煤灰混凝土斷裂分析

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1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文§0．2本課題的意義和主要內(nèi)容在結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計(jì)和施工中，我們必須保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全性。我們知道，在傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論中，均假設(shè)材料是連續(xù)的固體，為了保證構(gòu)件安全地工作，要控制構(gòu)件中的應(yīng)力不超過(guò)材料的允許應(yīng)力舊]。但是人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中逐漸認(rèn)識(shí)到，在某些情況下按傳統(tǒng)的強(qiáng)度理論設(shè)計(jì)出來(lái)的構(gòu)件并不安全，斷裂事故不斷發(fā)生，特別是對(duì)高強(qiáng)材料制成的結(jié)構(gòu)，焊接結(jié)構(gòu)，處于低溫或腐蝕環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，在應(yīng)力遠(yuǎn)低于允許應(yīng)力的情況下，經(jīng)常發(fā)生斷裂事故。這就引起了人們的廣泛重視，并進(jìn)行了研究。從大量斷裂事故分析中發(fā)現(xiàn)，這些斷裂事故皆起源于構(gòu)件中存在有原始的微裂縫或其他缺陷，在一定條件下，這

2、些裂紋急劇擴(kuò)展，從而導(dǎo)致構(gòu)件的斷裂。傳統(tǒng)強(qiáng)度理論的一個(gè)嚴(yán)重不足是把材料視為無(wú)缺陷的均勻連續(xù)體，而實(shí)際上構(gòu)件總是存在著形式不同的缺陷，因而材料的實(shí)際強(qiáng)度大大低于理論模型的強(qiáng)度。是否可以采用“凡是具有裂縫或缺陷的構(gòu)件都棄而不用”的辦法來(lái)保證安全呢?這種想法太理想化了，在實(shí)際工程中很難辦到。因?yàn)檫@種微小的缺陷在材料的制作和加工的過(guò)程中是不可避免的，而且也不是所有具有裂紋的構(gòu)件都必然斷裂。在很多情況下，微小的裂紋也不發(fā)生斷裂，更不影響使用。因此采用凡有裂紋的構(gòu)件一律不用的辦法是不經(jīng)濟(jì)的，也是不必要的。問(wèn)題是如何控制裂縫使之穩(wěn)定而不擴(kuò)展。斷裂力學(xué)就是在這種情況下發(fā)展起來(lái)的。斷裂力學(xué)是研究含裂縫(或

3、缺陷)構(gòu)件在各種環(huán)境荷載作用下裂縫的平衡、擴(kuò)展和失穩(wěn)的規(guī)律，帶裂縫構(gòu)件的強(qiáng)度，以及估計(jì)結(jié)構(gòu)的壽命和研究延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命方法的一門科學(xué)。因此，進(jìn)行構(gòu)件或結(jié)構(gòu)斷裂問(wèn)題的研究，對(duì)改進(jìn)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。迄今為止，混凝±斷裂力學(xué)的研究工作己取得了很大的進(jìn)展。在這些研究工作中，人們研究了相對(duì)縫深、加載方式、加載速度、骨料和齡期等因素對(duì)普通素混凝土斷裂韌度K。，或斷裂能G，的影響規(guī)律”?1?！?。。然而有關(guān)粉煤灰混凝土斷裂性能的研究資料并不多。大摻量粉煤灰混凝土是一種能節(jié)約資源和能源，有利于環(huán)境保護(hù)，滿足可持續(xù)發(fā)展需要的大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文綠色高性能混凝土，它的應(yīng)用和發(fā)展具

4、有重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益?)。要應(yīng)用大摻量粉煤灰混凝土，我們必須了解它的各種性能。因此，隨著斷裂力學(xué)在工程結(jié)構(gòu)中的廣泛應(yīng)用，進(jìn)行大摻量粉煤灰混凝土的斷裂力學(xué)研究就顯得十分必要了。在以往的混凝土斷裂力學(xué)研究中，主要集中在素混凝土的斷裂性能研究，對(duì)纖維混凝土的研究較少。纖維混凝土是一種以水泥為基材，以纖維為增強(qiáng)材料的典型水泥基復(fù)合材料。由于它具有增強(qiáng)、增韌效果，因此它的加入將有利于混凝土斷裂性能的改善。國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼纖維混凝土斷裂性能作了很多的研究“2·2?，但考慮到鋼纖維的價(jià)格較高，采用價(jià)格比較低廉、彈性模量較低、來(lái)源豐富的合成纖維更具有工程意義。聚丙烯纖維作為合成纖維的一種，主要對(duì)結(jié)構(gòu)起非結(jié)構(gòu)

5、加強(qiáng)作用，對(duì)混凝土的塑性收縮裂縫的控制、韌性、抗沖擊性能均有一定程度的提高。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)聚丙烯纖維混凝土斷裂性能的研究很少[30333，開展聚丙烯纖維混凝土斷裂力學(xué)的研究，充分了解其力學(xué)性能，對(duì)促進(jìn)聚丙烯纖維混凝土在我國(guó)的應(yīng)用將具有重大意義。綜上所述，本文進(jìn)行了以下研究工作：1相對(duì)縫深對(duì)大摻量粉煤灰混凝土的斷裂韌度和斷裂能的影響；2大摻量粉煤灰混凝土的強(qiáng)度對(duì)其斷裂韌度和斷裂能的影響；3大摻量粉煤灰混凝土的斷裂韌度與斷面分形維數(shù)之間的關(guān)系；4纖維含量對(duì)大摻量粉煤灰混凝土的斷裂韌度和斷裂能的影響。大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章大摻量粉煤灰混凝土的斷裂韌度和斷裂能混凝土是介于脆性和塑性之間的

6、復(fù)合材料，強(qiáng)度是其一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，因此，研究強(qiáng)度對(duì)混凝土斷裂性能的影響有著極為重要的意義。在研究強(qiáng)度對(duì)其斷裂性能影響時(shí)，人們以為它會(huì)和金屬材料一樣，斷裂韌度將隨著強(qiáng)度的增加而降低，即高強(qiáng)混凝土比普通混凝土更“脆”。但研究結(jié)果表明，混凝土的斷裂韌度和斷裂能隨著強(qiáng)度的增加反而增加，即就混凝土材料而言，強(qiáng)度越高，韌性越好n?。本章采用三點(diǎn)彎試件，研究了不同強(qiáng)度對(duì)混凝土斷裂參數(shù)的影響。同時(shí)，還采用不同的相對(duì)縫深，研究了縫高比對(duì)混凝土斷裂參數(shù)的影響規(guī)律?！?．1試驗(yàn)概況試驗(yàn)采用三點(diǎn)彎曲切口梁試件，如圖J1所示。根據(jù)研究目的，試件分為相對(duì)縫深變化和強(qiáng)度變化兩個(gè)系列，每個(gè)系列又分為三組，每組三個(gè)試

7、件，各個(gè)系列試件的編號(hào)及幾何尺寸等如表1．1所示。表1l各組三點(diǎn)彎曲切口梁試件幾何參數(shù)長(zhǎng)x高×寬相對(duì)縫深跨高比試件數(shù)系列試件編號(hào)j×d×b(皿Ⅲ)a0／ds／d相C1—11000×200×IOOO．343對(duì)縫C卜2lG00×200×1000．443深Cl31000×200×100O．543f卜11000×200×1000343強(qiáng)C21000×200×j00O343度C31000×200×100O．343大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文圖11