《限制收縮條件下早齡期混凝土斷裂機理研究》是依託大連理工大學,由董偉擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：限制收縮條件下早齡期混凝土斷裂機理研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：董偉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
限制收縮圓環試驗是評估早齡期混凝土抗裂性的主要方法，近年來在國際上已得到廣泛的套用，但圓環試件存在約束剛度不足、對不同壁厚混凝土斷裂機理不明確等問題。基於此，本項目擬將約束鋼環與外圍混凝土作為整體研究對象，提出以應力強度因子為參量的裂縫擴展準則，通過能反映濕度分布的虛擬溫度場模擬混凝土的收縮，採用虛擬裂縫模型分析混凝土裂縫擴展的全過程，研究早齡期混凝土限制收縮條件下的破壞模式並揭示其斷裂機理。同時針對圓環約束不足的問題，通過試驗與理論分析研究新型橢圓環試件在限制收縮試驗中的套用，探討橢圓長短軸比、鋼環厚度、混凝土壁厚、乾燥方式、預製裂縫等因素對限制收縮試驗結果的影響。在以上研究的基礎上，改進圓環試驗方法以適用於不同壁厚混凝土抗裂性評估，推薦套用於限制收縮試驗的橢圓環最佳幾何尺寸，提出評定混凝土抗裂性能的試驗方法，為我國評定早齡期混凝土抗裂標準試驗方法提供參考。
結題摘要
約束環形試驗已被廣泛地用於評價混凝土的抗裂性能。然而，傳統環形試驗約束不足的問題始終沒有得到很好地解決，導致試驗中可能出現試件不開裂的現象。此外，仍然缺乏一套系統的理論體系來解釋環形試驗的開裂機理及其影響因素。因此，本項目提出了一種新穎的橢圓環試驗，並基於斷裂力學理論系統地分析了圓環/橢圓環試驗的開裂機理及其影響因素。本項目的主要研究內容及結論如下： （1）提出基於斷裂力學的數值方法模擬環形試驗的破壞過程，通過引入虛擬溫度場模擬混凝土的收縮作用，耦合鋼環與混凝土環之間的相互作用，基於虛擬裂縫模型和縫尖應力強度因子為判據的裂縫擴展準則分析環形試件裂縫起裂與擴展全過程。試驗測得的開裂時間與數值模擬吻合良好，驗證了本研究提出的數值方法的合理性。 （2）分別研究了混凝土厚度37.5mm、75mm，鋼環厚度12.5mm、19.5mm的一系列圓環、橢圓環試件的開裂時間與裂縫擴展過程。研究表明，37.5mm厚的環形試件試用均勻收縮假設，裂縫由內側起裂向外側擴展；75mm厚的環形試件應考慮徑向濕度梯度，裂縫由外側起裂向內側擴展；長短軸比為2:1的橢圓環約束作用較強，橢圓環的優勢隨著混凝土環厚度的增加而減弱；此外，試驗中鋼環壓應變的突然回滯代表著裂縫的失穩擴展。 （3）分別研究了乾燥方式和混凝土強度對開裂機理的影響。高度方向不均勻收縮對開裂過程有顯著影響，裂縫出現在截面的左上和左下角，起裂後即向右貫通形成水平裂縫，上下水平裂縫逐漸向中間擴展直到裂縫貫通整個截面；進行了C30、C50、C80混凝土環形試驗，試驗和模擬結果表明，隨著混凝土強度的提高，鋼環約束作用提高並且約束環形試件開裂時間縮短。 （4）定義了橢圓環試驗約束度的概念，採用數值模擬的方法計算了長短軸比為2:1的橢圓環約束度，並擬合得到考慮混凝土材料性能、試件幾何尺寸的約束度表達式。對已知約束度的混凝土結構，提出橢圓環試驗的限制收縮試驗設計方法。 本項目的研究能為我國評定早齡期混凝土抗裂標準試驗方法提供參考。
