不同级配混凝土拉压多轴强度的断裂力学分析

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发布时间：2021-09-06

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不同级配混凝土拉压多轴强度的断裂力学分析
郑丹，李文伟
(1．重庆交通大学河海学院，重庆400074；2．中国长江三峡集团公司，湖北宜昌443002)
摘要：采用断裂力学方法分析了混凝土在拉压多轴情况下的破坏准则．通过滑移裂纹模型分析了拉压多轴荷
载下混凝土内裂纹的扩展规律，不同拉压荷载比值下裂纹的扩展角度以及裂纹起裂到失稳扩展的过程，认为混
凝土内裂纹的失稳扩展即对应于材料的破坏，得到了其破坏准则．分析了混凝土的最大骨料粒径发生断裂破坏
时的控制性裂纹长度对拉压破坏准则的影响，在此基础上研究了全级配混凝土的多轴破坏准则．计算结果表
明，模型计算结果与已有试验结果吻合良好．
关键词：水工混凝土；全级配；拉压；多轴；强度
中图分类号：TV431 文献标志码：A 文章编号：1009-640X(2010)04-0011—05
水工混凝土结构通常是在较为复杂的多轴应力条件下工作，而现有结构设计中采用的混凝土参数均为
单轴情况，不能准确描述混凝土在真实工作环境下的力学性能．复杂应力状态下的混凝土强度准则是判断t昆
凝土在真实工作应力下破坏与否的依据，也是混凝土结构强度设计的基础．大量研究表明，混凝土材料的破
坏是因其内部微裂纹的扩展、串接导致裂纹失稳扩展所引起的．断裂力学方法可用于分析?昆凝土内裂纹的扩
展演化过程，能够较准确地反映混凝土材料在复杂应力条件下的行为．本文采用该方法对混凝土在拉压多轴
情况下的破坏准则开展了研究．
1 研究现状
针对混凝土在拉压双轴荷载下的强度问题，研究人员进行了大量的试验，并提出了多种拉压强度准
则 (见图1)．图1中or。和为主压应力和主拉应力和分别为单轴情况下混凝土的抗压和抗拉强度
(文中拉压荷载均为绝对值)．从图1可见，混凝土在拉压多轴应力状态下的抗拉、抗压强度随主压、主拉应
力的增大而降低．因此，如果仍采用单轴试验所得的混凝土
强度指标来分析多轴荷载下的混凝土结构，不能反映混凝土
结构的真实安全水平．同时，现有研究中提出的破坏准则公
式均是对试验数据的简单拟合，并且有些经验公式存在一定
的适用范围，如Kupfer公式在拉应力较高时并不适用．另
外，现有关于混凝土多轴应力状态下变形、强度试验和理论
分析大多是针对小粒径骨料混凝土进行的，而研究表明，对
于最大骨料粒径为150 ITlm的大坝全级配混凝土而言，其力
学和变形性能和普通混凝土有着较大的差别．针对这一
问题，大连理工大学和中国水利水电科学研究院等机构 ]
进行了不同级配混凝土的多轴试验，得到了其破坏准则．现