[发明专利]一种混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂性能测试方法

说明书

本发明涉及一种混凝土Ⅰ‑Ⅱ复合型裂缝断裂性能测试方法，属于物理测试方法技术领域。该方法采用直偏三点弯曲梁进行测试，在裂缝尖端采用中心对称的方式单端固定夹式引伸计垫块，完成Ⅰ‑Ⅱ复合型断裂破坏过程中Ⅰ型破坏的裂缝张口位移的确定；计算过程中借助双K断裂理论，引入断裂角函数f(θ)，得到不同断裂角条件下的复合型裂缝断裂韧度，并可建立更为准确的混凝土I‑II复合型断裂相关性方程。该方法实现对结构断裂性能的安全评估，突破现有的有限元数值模拟技术，完成对常见复合型裂缝力学性能的准确判断，可为混凝土裂缝的长期稳定性及断裂韧度提供依据。

技术领域

本发明涉及一种混凝土性能测试方法，具体的说是一种混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂性能测试方法，属于物理测试方法技术领域。

背景技术

工程实践表明，由于混凝土在成型过程中的水泥水化反应以及混凝土材料抗拉强度较低的特性的存在，混凝土内部不可避免地产生许多微裂缝或宏观裂缝，在荷载或者其它外界因素的作用下，裂缝继续扩展甚至是贯穿，极易对混凝土结构的服役寿命、整体安全性和耐久性造成重要的影响，因此，对混凝土断裂行为的研究已成为评价混凝土结构工程安全性的重要基础技术指标之一。

混凝土断裂方面的研究已经开展了几十年，众多学者以及研究人员进行了大量试验研究，对混凝土及其工程结构的研究和认知也从线弹性力学发展到非线性、弹塑性、损伤断裂力学等方面，形成了混凝土非线性断裂力学理论。我国已于2005年编制了《水工混凝土断裂试验规程》(DL/T 5332-2005)，规程中采用的是双K断裂参数模型，并将三点弯曲梁法以及楔入劈拉法列为混凝土断裂试验的主要测试方法，研究的裂缝类型主要是I型裂缝。

基于结构裂缝的破坏形式，根据结构和试件中的裂缝所受外力的不同以及可能存在的裂缝扩展形式，一般可以将裂缝的基本破坏形式归纳为三类：

(1)Ⅰ型断裂(张开型)——外荷载为垂直裂缝平面的正应力,裂缝面相对位移垂直于裂缝平面；

(2)Ⅱ型断裂(滑移型)——外荷载为面内垂直裂缝前缘的剪力,裂缝在其自身平面内做垂直于裂缝前缘的滑动；

(3)III型断裂(撕裂型)——外荷载为离面剪力,裂缝面在其本身平面内作平行于裂缝前缘的错动。

目前，常见的Ⅰ型裂缝的断裂参数以及扩展过程已得到广泛研究，通常采用三点弯曲梁法或者楔入劈拉法进行试验，并通过断裂韧度以及断裂能来评估试件的力学性能。Ⅱ型裂缝的研究相继展开，主要通过四点弯曲梁法或者半边对称加载法完成断裂过程的分析。Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的断裂破坏试验通过直偏裂缝三点剪切梁法以及四点剪切梁法进行研究。

但是，申请人发现，现有的行业规程DL/T5332-2005《水工混凝土断裂试验规程》以及相关的研究中并没有Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的确切的研究方法，且测试的方法不够全面，具体如下：

(1)由于结构或荷载的不对称及材料各向异性等原因,实际结构中的裂缝通常是处于复合应力场下,这就使得裂缝尖端附近的应力场不是单纯的Ⅰ型、Ⅱ型、III型，而是Ⅰ、Ⅱ型甚至Ⅰ、Ⅱ、III型同时存在，这种裂缝称为复合型裂缝。在实际工程中,又以Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝最为常见。例如常见的结构主梁呈现剪力破坏、或者由于地基不均匀沉降造成的墙体、柱等位置的裂缝破坏形式，均主要为Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝。而且《水工混凝土断裂试验规程》中规定的测试方式主要是Ⅰ型裂缝的判断测试方法，并不能作为复合裂缝的断裂破坏依据。

(2)目前已开展的Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的研究主要采用的是四点剪切梁，但是受限制于测试方法以及研究方式，计算断裂韧度采用的方法基本上都是有限元数值模拟的方式，现有的混凝土非线性断裂理论中，并没有相关Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的断裂参数评估方法，是目前尚待研究的领域。