预制弯折裂缝混凝土试件复合型断裂试验研究和数值模拟

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混凝土作为一种人工合成的多向复合材料,其力学特性与裂缝扩展密切相关。由于在混凝土结构浇筑以及养护过程中混凝土内部随机形成的缺陷与微裂纹,以及外荷载的影响,从而导致其破坏过程非常复杂。虽然对混凝土断裂的研究已经得到越来越多学者的重视,也取得了一定成果,但对于混凝土断裂的研究仍然处于初级阶段,还有许多问题未得到解决。相对于研究更加成熟的Ⅰ型断裂,在实际工程中,混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂更为常见。因此对于Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝的起裂、扩展、失稳过程,都是研究的重点。为了进一步研究混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂扩展过程,本文主要开展了以下研究工作:1、混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂起裂准则的试验研究采用三点弯曲梁试验,通过在跨中直裂缝尖端弯折不同角度的与直裂缝相同长度的弯折裂缝,对Ⅰ-Ⅱ复合型断裂荷载-位移全过程曲线进行研究,并考虑缝高比(0.2、0.3、0.4、0.5)和弯折角度(22.5°、45°、67.5°、90°)的影响,获得了完整的P-CMOD曲线和P-δ曲线。采用电阻应变片法测得起裂荷载,采用ANSYS有限元软件计算了不同试件裂缝尖端起裂对应的应力强度因子K1、KⅡ,得到了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂断裂准则;2、混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝断裂扩展过程数值模拟运用大型通用有限元软件ANSYS,当外荷载与粘聚力共同作用产生的应力强度因子大于混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝起裂方程时裂缝扩展作为扩展准则,对预制弯折裂缝的混凝土三点弯曲梁裂缝扩展过程进行了数值模拟计算。采用试验得到的材料参数和根据试验结果拟合得到的起裂断裂准则,模拟了混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型断裂的起裂荷载、峰值荷载、P-CMOD全曲线、P-CMSD全曲线,并与试验结果进行了对比,分析比较了不同初始缝高比与不同弯折角度对混凝土Ⅰ-Ⅱ复合型裂缝尖端应力强度因子的影响。
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