混凝土斷裂試驗(yàn)與斷裂韌度測定標(biāo)準(zhǔn)方法

前言

　　目前我國土木、水利、能源、交通運(yùn)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(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)工程，大型建設(shè)項(xiàng)目日益增多，基本建設(shè)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(dǎo)致大壩耐久性和抗震性能嚴(yán)重降低，縮短大壩使用壽命，影響工程正常運(yùn)行和工程效益發(fā)揮，嚴(yán)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(zāi)難，危及生命財(cái)產(chǎn)安全。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞倒塌的工程質(zhì)量事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些事故絕大多數(shù)是由于裂縫的擴(kuò)展引起的。裂縫的存在和發(fā)展，是造成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕和結(jié)構(gòu)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(shè)施與橋梁、道路、工業(yè)等構(gòu)筑物，大多數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命，需要重建或加固維修，浪費(fèi)大量維修費(fèi)用和重建費(fèi)用，造成進(jìn)一步的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)?！　∫酝诨炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工中主要關(guān)心混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度問題，即便進(jìn)行裂縫控制和限裂驗(yàn)算，也只是主要使用描述單點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的材料指標(biāo)，即混凝土抗拉強(qiáng)度。這一指標(biāo)難以真實(shí)反映混凝土的抗裂能力，不能有效用于混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制。實(shí)際上，材料的破壞和開裂不僅僅和單點(diǎn)狀態(tài)的應(yīng)力水平有關(guān)，更取決于某局部區(qū)域的應(yīng)力集中程度和該材料的變形能力。而斷裂力學(xué)的參數(shù)恰恰是具備了可同時(shí)反映材料某局部區(qū)域的應(yīng)力集中程度及其變形能力這樣一個(gè)綜合指標(biāo)?！　?961年Kaplan第一次嘗試性工作，混凝土斷裂力學(xué)已經(jīng)歷了近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，各國學(xué)者在這段艱辛的研究歷程中取得了諸多可喜的研究成果。混凝土斷裂力學(xué)可作為研究混凝土裂縫發(fā)展機(jī)理及其定量描述的有效工具。早在1989年，美國土木工程學(xué)會ACI446委員會預(yù)測，近十幾年形成的這些理論將面臨最終的突破，并導(dǎo)致以引進(jìn)斷裂力學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。

內(nèi)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(yàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（DL/T 5332—2005）《水工混凝土斷裂試驗(yàn)規(guī)程》的實(shí)施，從規(guī)程編制的角度，簡要地介紹了混凝土斷裂力學(xué)的基本概念、原理和雙K斷裂準(zhǔn)則，并詳細(xì)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(yàn)方法和三點(diǎn)彎曲切口梁試驗(yàn)方法，以及依據(jù)所測定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算混凝土的起裂斷裂韌度和失穩(wěn)斷裂韌度的計(jì)算方法和基本公式，還對規(guī)程相關(guān)條文進(jìn)行了解釋和說明。為方便規(guī)程實(shí)施，還介紹了應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元計(jì)算方法和水工混凝土裂縫類型和實(shí)例?！　”緯瓤勺鳛樗姽こ淘O(shè)計(jì)及科研人員、水利水電工程施工局專業(yè)試驗(yàn)技術(shù)人員、混凝土建筑材料研究人員、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員和混凝土工程加固人員學(xué)習(xí)及舉辦規(guī)程培訓(xùn)班和研討班的教材，也可作為高等學(xué)校土木、水利水電、港口、交通、橋梁工程專業(yè)高年級大學(xué)生、研究生、大學(xué)教師及該專業(yè)人員學(xué)習(xí)混凝土斷裂力學(xué)試驗(yàn)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(yù)備知識 　1.1　《水工混凝土斷裂試驗(yàn)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(xué)基本概念 　1.5　雙K斷裂準(zhǔn)則介紹 　1.6　主要術(shù)語、符號和應(yīng)用范圍 　參考文獻(xiàn) 第2章 楔入劈拉法測混凝土KⅠC 　2.1　概述 　2.2　試件、試模、預(yù)制裂縫及原型取樣 　2.3　試驗(yàn)裝置及設(shè)備 　2.4　試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)采集 　2.5　試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算、整理、分析 　2.6　試驗(yàn)報(bào)告 　參考文獻(xiàn) 第3章 用帶切口的三點(diǎn)彎曲梁確定混凝土的斷裂韌性KⅠC 　3.1　試件、試模、預(yù)制裂縫及原型取樣 　3.2　試驗(yàn)裝置及設(shè)備（含夾式引伸計(jì)、數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)） 　3.3　試驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)測試記錄 　3.4　試驗(yàn)成果的計(jì)算、整理、分析（計(jì)算彈性模量E、起裂荷載FQ） 　3.5　試驗(yàn)報(bào)告 　3.6　計(jì)算例題 第4章 《規(guī)程》的相關(guān)條文解釋與說明 　4.1　兩種計(jì)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(guān)系及應(yīng)用 　4.4　兩種試驗(yàn)方法的KⅠC成果對比和換算 　4.5　尺寸效應(yīng) 第5章 應(yīng)力強(qiáng)度因子的有限元計(jì)算 　5.1　裂縫擴(kuò)展基本形式 　5.2　應(yīng)力強(qiáng)度因子和斷裂判據(jù) 　5.3　斷裂有限元法 　5.4　計(jì)算KI的算例 　5.5　工程結(jié)構(gòu)中裂縫縫端K因子的計(jì)算 第6章 水工混凝土裂縫類型及實(shí)例 　6.1　變形裂縫 　6.2　結(jié)構(gòu)裂縫

章節(jié)摘錄

　　第1章 緒論及預(yù)備知識　　1.《水工混凝土斷裂試驗(yàn)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(qiáng)度和剛度的問題，從混凝土斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)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(yīng)將斷裂韌度作為抗裂、防裂設(shè)計(jì)中混凝土性能指標(biāo)之一。但迄今為止，國內(nèi)尚無混凝土斷裂韌度的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，因此各單位即使對同一個(gè)混凝土壩的裂縫進(jìn)行斷裂試驗(yàn)，由于采用的試驗(yàn)方法不同，所得結(jié)果也無法進(jìn)行比較和判斷。從而影響了斷裂力學(xué)對混凝土壩的分析?！端せ炷翑嗔言囼?yàn)規(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(yàn)提供統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，從而推動(dòng)斷裂力學(xué)在水工混凝土壩中的應(yīng)用?！　　兑?guī)程》規(guī)定了楔入劈拉法和三點(diǎn)彎曲梁法測定水工混凝土I型斷裂韌度試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)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。　　混凝土斷裂力學(xué)是近50年發(fā)展起來的學(xué)科，我國從20世紀(jì)70年代開始進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究，取得了一批有價(jià)值的研究成果，從而推動(dòng)了混凝土斷裂力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，并為水利水電工程混凝土壩裂縫擴(kuò)展的穩(wěn)定性評價(jià)提供了斷裂參數(shù)。1982年由巖石、混凝土斷裂力學(xué)信息網(wǎng)制定了三點(diǎn)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(diǎn)科技攻關(guān)將“混凝土斷裂能和斷裂韌度標(biāo)準(zhǔn)測試方法的研究”列為子題。“八·五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)又進(jìn)行了有關(guān)研究工作。先后進(jìn)行了緊湊拉伸、直接拉伸、三點(diǎn)彎曲梁和楔入劈拉方法的斷裂參數(shù)測試研究，試件多達(dá)600個(gè)，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(diǎn)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(diǎn)彎曲）。1985年，結(jié)合國內(nèi)已有的研究成果和國際上斷裂試驗(yàn)研究的動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法（建議草案）”，由于種種原因，該草案未能推行?！　　?/pre>








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