混凝土斷裂試驗與斷裂韌度測定標準方法

前言

　　目前我國土木、水利、能源、交通運輸?shù)裙こ谭脚d未艾，從大型水利水電工程、港口工程、海洋工程、橋梁工程、地下工程、城市建筑工程到核電站工程乃至機械制造業(yè)的基礎工程，大型建設項目日益增多，基本建設如火如荼，城市面貌日新月異。近年來，我國每年混凝土用量約40億m3。由于混凝土材料的脆性易損特征，在水利水電行業(yè)，“無壩不裂，無洞不裂”的局面一直未能有效改觀。大壩開裂導致大壩耐久性和抗震性能嚴重降低，縮短大壩使用壽命，影響工程正常運行和工程效益發(fā)揮，嚴重開裂的大壩在各種極端條件綜合作用下如果發(fā)生潰壩的極端情況，則會造成重大的社會災難，危及生命財產安全。對鋼筋混凝土結構破壞倒塌的工程質量事故調查發(fā)現(xiàn)，這些事故絕大多數(shù)是由于裂縫的擴展引起的。裂縫的存在和發(fā)展，是造成鋼筋混凝土結構中鋼筋銹蝕和結構耐久性降低的重要原因，使得我國海港碼頭、水利樞紐、交通樞紐、民用建筑、軍用設施與橋梁、道路、工業(yè)等構筑物，大多數(shù)達不到設計壽命，需要重建或加固維修，浪費大量維修費用和重建費用，造成進一步的環(huán)境污染和資源浪費?！　∫酝诨炷两Y構設計和施工中主要關心混凝土結構的強度問題，即便進行裂縫控制和限裂驗算，也只是主要使用描述單點應力狀態(tài)的材料指標，即混凝土抗拉強度。這一指標難以真實反映混凝土的抗裂能力，不能有效用于混凝土結構的裂縫控制。實際上，材料的破壞和開裂不僅僅和單點狀態(tài)的應力水平有關，更取決于某局部區(qū)域的應力集中程度和該材料的變形能力。而斷裂力學的參數(shù)恰恰是具備了可同時反映材料某局部區(qū)域的應力集中程度及其變形能力這樣一個綜合指標?！　?961年Kaplan第一次嘗試性工作，混凝土斷裂力學已經歷了近半個世紀的發(fā)展，各國學者在這段艱辛的研究歷程中取得了諸多可喜的研究成果?；炷翑嗔蚜W可作為研究混凝土裂縫發(fā)展機理及其定量描述的有效工具。早在1989年，美國土木工程學會ACI446委員會預測，近十幾年形成的這些理論將面臨最終的突破，并導致以引進斷裂力學方法進行結構設計為標志的第三次重大革命。國際上很多國家均已制訂了混凝土斷裂參數(shù)的標準試驗方法。

內容概要

本書為配合國家發(fā)展和改革委員會2005年11月頒布的我國第一部混凝土斷裂試驗行業(yè)標準——中華人民共和國電力行業(yè)標準（DL/T 5332—2005）《水工混凝土斷裂試驗規(guī)程》的實施，從規(guī)程編制的角度，簡要地介紹了混凝土斷裂力學的基本概念、原理和雙K斷裂準則，并詳細介紹了該規(guī)程規(guī)定的測定混凝土斷裂韌度的楔入劈拉試驗方法和三點彎曲切口梁試驗方法，以及依據所測定的試驗數(shù)據計算混凝土的起裂斷裂韌度和失穩(wěn)斷裂韌度的計算方法和基本公式，還對規(guī)程相關條文進行了解釋和說明。為方便規(guī)程實施，還介紹了應力強度因子的有限元計算方法和水工混凝土裂縫類型和實例?！　”緯瓤勺鳛樗姽こ淘O計及科研人員、水利水電工程施工局專業(yè)試驗技術人員、混凝土建筑材料研究人員、建筑結構設計人員和混凝土工程加固人員學習及舉辦規(guī)程培訓班和研討班的教材，也可作為高等學校土木、水利水電、港口、交通、橋梁工程專業(yè)高年級大學生、研究生、大學教師及該專業(yè)人員學習混凝土斷裂力學試驗和斷裂韌度測定方法的參考書。

書籍目錄

前言 第1章 緒論及預備知識 　1.1　《水工混凝土斷裂試驗規(guī)程》（簡稱《規(guī)程》）編制的目的、意義、作用 　1.2　《規(guī)程》的編寫過程 　1.3　混凝土斷裂破壞的基本現(xiàn)象 　1.4　線彈性斷裂力學基本概念 　1.5　雙K斷裂準則介紹 　1.6　主要術語、符號和應用范圍 　參考文獻 第2章 楔入劈拉法測混凝土KⅠC 　2.1　概述 　2.2　試件、試模、預制裂縫及原型取樣 　2.3　試驗裝置及設備 　2.4　試驗過程及數(shù)據采集 　2.5　試驗結果的計算、整理、分析 　2.6　試驗報告 　參考文獻 第3章 用帶切口的三點彎曲梁確定混凝土的斷裂韌性KⅠC 　3.1　試件、試模、預制裂縫及原型取樣 　3.2　試驗裝置及設備（含夾式引伸計、數(shù)據自動采集系統(tǒng)） 　3.3　試驗步驟及數(shù)據測試記錄 　3.4　試驗成果的計算、整理、分析（計算彈性模量E、起裂荷載FQ） 　3.5　試驗報告 　3.6　計算例題 第4章 《規(guī)程》的相關條文解釋與說明 　4.1　兩種計算KⅠC的公式選用問題 　4.2　楔入劈拉試件單、雙支座問題 　4.3　KQⅠC與KSⅠC的關系及應用 　4.4　兩種試驗方法的KⅠC成果對比和換算 　4.5　尺寸效應 第5章 應力強度因子的有限元計算 　5.1　裂縫擴展基本形式 　5.2　應力強度因子和斷裂判據 　5.3　斷裂有限元法 　5.4　計算KI的算例 　5.5　工程結構中裂縫縫端K因子的計算 第6章 水工混凝土裂縫類型及實例 　6.1　變形裂縫 　6.2　結構裂縫

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論及預備知識　　1.《水工混凝土斷裂試驗規(guī)程》（簡稱《規(guī)程》）編制的目的、意義、作用　　我國已建混凝土壩很多，有重力壩、拱壩、支墩壩等類型，均已不同程度地出現(xiàn)裂縫，可謂“無壩不裂”，其中有強度和剛度的問題，從混凝土斷裂力學的觀點分析，則是其斷裂韌度不足所致。對擬建的混凝土壩，為防止危害性開裂，亦應將斷裂韌度作為抗裂、防裂設計中混凝土性能指標之一。但迄今為止，國內尚無混凝土斷裂韌度的標準試驗方法，因此各單位即使對同一個混凝土壩的裂縫進行斷裂試驗，由于采用的試驗方法不同，所得結果也無法進行比較和判斷。從而影響了斷裂力學對混凝土壩的分析?！端せ炷翑嗔言囼炓?guī)程》（以下簡稱《規(guī)程》）的目的就是統(tǒng)一測定混凝土斷裂韌度的測試方法，為混凝土壩的斷裂試驗提供統(tǒng)一的標準，從而推動斷裂力學在水工混凝土壩中的應用?！　　兑?guī)程》規(guī)定了楔入劈拉法和三點彎曲梁法測定水工混凝土I型斷裂韌度試驗的標準測試方法，適用于大中型水利水電工程常態(tài)混凝土和碾壓混凝土，其他工程也可參照使用?！　』炷翑嗔蚜W是近50年發(fā)展起來的學科，我國從20世紀70年代開始進行大量的試驗研究，取得了一批有價值的研究成果，從而推動了混凝土斷裂力學學科的發(fā)展，并為水利水電工程混凝土壩裂縫擴展的穩(wěn)定性評價提供了斷裂參數(shù)。1982年由巖石、混凝土斷裂力學信息網制定了三點彎曲梁測試混凝土斷裂韌度的若干約定?！捌摺の濉眹抑攸c科技攻關將“混凝土斷裂能和斷裂韌度標準測試方法的研究”列為子題?！鞍恕の濉眹抑攸c科技攻關又進行了有關研究工作。先后進行了緊湊拉伸、直接拉伸、三點彎曲梁和楔入劈拉方法的斷裂參數(shù)測試研究，試件多達600個，混凝土約80m3，試件最大尺寸為3.6m×3.0m×0.2m（緊湊拉伸）和4.2m x0.9m×0.45m（三點彎曲），最小尺寸為0.15m×0.15m×0.15m（楔入劈拉）和0.51.5m×0.1m×0.1m（三點彎曲）。1985年，結合國內已有的研究成果和國際上斷裂試驗研究的動向，曾提出“用楔入劈拉切口試件測定混凝土斷裂能GF和斷裂韌度KI0標準試驗方法（建議草案）”，由于種種原因，該草案未能推行?！　　?/pre>








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