[发明专利]一种测定混凝土起裂断裂韧度的方法

说明书

本发明属于土木及水利工程中混凝土断裂性能研究技术领域，提供了一种测定混凝土起裂断裂韧度的方法。该试件为混凝土立方体试件。试验装置分为两部分，第一部分为减摩装置，包含底板以及两层减摩片。通过在试件和底板中间设置减摩片并涂抹润滑油实现试件与底板的光滑接触。第二部分为加载装置，包含木质垫条、弧形加载头、荷载传感器。采用电阻应变片监测试件裂缝尖端应变值，根据加载过程中应变值的回滞确定起裂荷载。将起裂荷载带入立方体起裂韧度计算公式中得到混凝土的起裂韧度。本方法提出的立方体试件在形式上具有便于制作、自重较小、可钻芯取样等优点。

技术领域

本发明属于土木及水利工程中混凝土断裂性能研究技术领域，涉及一种由底部切缝的立方体试件确定混凝土起裂断裂韧度的方法。

背景技术

混凝土结构中裂缝的形成分为三个阶段，分别是裂缝的起裂、裂缝的稳定扩展和裂缝的失稳扩展。以应力强度因子为参量的双K断裂模型提出起裂韧度和失稳韧度的概念，起裂韧度和失稳韧度是区别裂缝扩展状态的临界点。近年来，以起裂断裂韧度为标准的裂缝扩展准则得到了广泛的应用，该准则认为裂缝尖端应力强度因子大于材料起裂断裂韧度时裂缝开始扩展且将裂缝的每一次扩展视为一次新的起裂。材料的起裂断裂韧度可视为分析裂缝扩展全过程的依据，因此，如何确定材料的起裂断裂韧度得到了国内外学者的广泛关注。

目前，常用的混凝土断裂力学试验方法包括三点弯曲梁法和楔入劈拉法，国内外大量学者的研究成果已经证明了这两种方法可以测定混凝土的起裂断裂韧度。我国在2005年将三点弯曲梁法和楔入劈拉法列入水工混凝土断裂力学标准试验方法。三点弯曲梁法可以比较容易地确定稳定的试验曲线进而确定断裂参数。但是，由于跨高比的限制，大骨料试件的体积往往较大，这不仅对试件的浇筑及搬运工作带来不便利，而且自重对测定断裂参数的影响也较大。与三点弯曲梁法相比，楔入劈拉法的优点主要是该方法消除或减弱了试件自重对断裂参数测定结果的影响。但是试验装置较为复杂，对试验人员操作技术要求较高。此外，在制作不同高度尺寸的楔入劈拉试件时，如果加载槽没有随着试件尺寸的增大而成比例增大，那么由于夹具传递到试件上的竖向分力与试件自重及支座反力不共线将会在裂缝尖端产生附加弯矩，对所测定断裂韧度的真实性产生一定影响。

发明内容

基于以上分析，并结合申请人长期的混凝土断裂领域的研究成果，提出一种采用底边切缝的立方体试件准确且方便地确定混凝土材料起裂断裂韧度的方法。本方法提出的立方体试件在形式上具有便于制作、自重较小、可钻芯取样等优点。在试验方法上具有操作简便，便于推广等优点。此外，申请人基于试验研究和理论分析得到由立方体试件确定混凝土起裂断裂韧度的计算公式。

本发明的技术方案：

一种测定混凝土起裂断裂韧度的方法，通过一种制作简单的试件以及操作方便的加载装置，得到混凝土试件的起裂荷载，结合由数值模拟结果拟合得到的公式确定混凝土的起裂断裂韧度，具体步骤如下：

采用一种底部切缝的立方体试件确定混凝土的起裂断裂韧度的新试验方法，包括试件和试验装置两部分；

试件为底部中间位置开有贯通裂缝的混凝土立方体试件；

试验装置分为两部分，第一部分为减摩装置，包含底板以及两层减摩片；通过在试件和底板中间设置两层减摩片，并在两层减摩片之间涂抹润滑油实现试件与底板的光滑接触；第二部分为加载装置，包含木质垫条、弧形加载头和荷载传感器；木质垫条为三层胶合板制成，长度不小于试件长度；弧形加载头为由弧形垫块与钢块组成，钢块与弧形垫块上表面宽度相同，弧形加载头长度与试件相同；

将测得的起裂荷载带入立方体试件起裂韧度计算公式中得到混凝土的起裂韧度；计算公式为：

其中，P为外部荷载；b为立方体试件边长；a为裂缝长度；K为应力强度因子。

本发明的有益效果：本发明的立方体混凝土试件制作简单，试验操作方便，根据给出的计算公式可以直接得到混凝土的起裂断裂韧度。