混凝土挡土墙中复合裂纹研究

程 权 陈 波

[摘要]通过研究一混凝土挡土墙的I、II复合型裂纹尖端的应力场,运用最大拉应力理论,研究了裂纹尖端裂缝性质及裂纹的扩展方向。

[关键词]I-II复合型裂纹 应力强度因子 扩展方向

由于养护环境原因、化学作用产生裂缝、变形引起的甚至外荷载作用下产生裂缝,使得混凝土构件中裂纹形成。这些微裂缝在荷载和温差等作用下,微裂缝就会扩展形成宏观裂纹,这样会使里面的钢筋发生腐蚀,最终降低构件的承载能力。

本文的研究对象为一混凝土挡水墙,密度为ρ,(水密度为ρ1):由于施工或变形等原因,在墙中产生一长度为2a的微裂纹,在水压力及重力的作用下,裂纹可能发展的方向如图1所示。

图1 挡土墙中的裂纹

对于I、II型加载下的平面复合断裂问题,裂纹端部区域的应力变换成极坐标形式为:(1)

在在水压力及重力的作用下,根据弹性力学的解,墙中性轴附近应力为:

(2)

式中ρ为混凝土挡土墙的密度,又由弹性力学求得垂直于裂纹线的正应力为

(3)

将(3)式代入应力强度因子表达式

(4)

中即得裂纹尖端应力强度因子KI、K㊣I,代入(1)式即可求得裂纹尖端的应力分量。

引用判别拉压强度不同的混凝土材料破坏时较理想的条件之一的抛物线强度破坏条件,即:

(5)

将应力分量代入(5)式,可求得裂纹尖端塑性区范围表达式

由最大周向应力理论,裂纹的扩展沿具有最大周向拉应力的截面进行,这一截面与原裂纹线之间的夹角就是断裂角,用符号θ0来表示。

将上面求得的应力强度因子KI、K㊣I代入确定断裂角θ0的方程式(6)

中即可求得断裂角θ0来。结束语:

通过分析混凝土柱中复合裂纹尖端的应力场,运用对于混凝土这种拉压强度不相同的脆性材料较理想的、对于拉压强度敏感的抛物线强度破坏条件探讨了裂纹尖端的塑性区范围,并应用最大周向理论,假设裂纹沿着具有最大周向拉应力的截面进行,得出了柱中裂纹的扩展方向。

参考文献:

[1]洪起超.工程断裂力学基础[M].上海交通大学出版社.

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