碾压混凝土断裂性能的尺寸效应研究

2021-06-19赵琳

科技创新与应用 2021年16期

赵琳

（辽宁工业大学土木建筑工程学院,辽宁锦州 121001）

碾压混凝土作为一种不同于混凝土的筑坝技术,是由多种不同的材料组成的复杂非均匀的干硬性混合材料,其断裂过程与脆性材料相比十分复杂[1]。在目前的碾压混凝土断裂性能研究中,有关于碾压混凝土断裂韧度尺寸效应的研究[2],但大尺寸试件断裂韧度的研究较少。本文研究高度对于碾压混凝土断裂韧度的影响,试件高度最大达到800mm,基于双K断裂理论对不同高度碾压混凝土试件的双K断裂参数进行研究,得到碾压混凝土的断裂韧度随尺寸变化的规律。

1 试验情况介绍

1.1 试验方案设计

试验设计了五组缝高比为0.4的碾压混凝土楔入劈拉试件,试件的高度分别为200mm、300mm、400mm、600mm、800mm。分别编号为RCC200,RCC300,RCC400,RCC600,RCC800。每组试件为六个,试件的具体参数详见表1。

表1 试件参数

制作试件的过程中,采用平面振捣器多次分层进行振捣,养护条件为恒温养护,试件形式见图1。

图1 试模简图

1.2 试验装置

试验装置见图2,试验在50吨的MTS压力试验机上进行的,所用的荷载传感器量程为0~50KN,裂缝的CTOD和CMOD通过夹式引伸仪测定。试件的两侧分别用两种方式应变片,一种是在预制缝的延长线上间隔布

图2 试验装置

注：由于楔入劈拉试件形式要求,每组试件的实际高度L为设计试件高度的1.2倍。置10cm长的应变片,另一种是在试件的另一侧在裂缝延长线两侧呈八字形布置2cm长的电阻应变片。所有的试验数据通过C7702数据采集系统采集。

2 双K断裂参数的计算

双K断裂参数基于双K断裂理论[3],该理论所用实验方法非常成熟,易于操作,断裂参数计算清晰明确,而且还可以分析混凝土断裂扩展的整个过程,已经被水工断裂试验规程采用[4],在实际工程中被广泛应用[5]。

2.1 起裂断裂韧度

楔入劈拉试件的起裂断裂韧度按下式计算

式中：KiniIC为起裂断裂韧度；FHini为起裂水平荷载；Fini为起裂荷载。

试验加载初期,楔入劈拉试件开始受力,时间处于弹性阶段,随着荷载的继续增加,裂缝尖端混凝土达到极限拉应变,碾压混凝土内部逐渐产生细微裂缝[4]。此时,试件的P-CMOD曲线开始出现拐点,曲线从线性段进入到非线性段；随着荷载的继续加大,裂纹开始向前扩展,曲线的非线性段逐渐明显；随着荷载的持续增加,非线性段更加明显,裂纹也更加明显；当荷载达到峰值荷载,非线性段达到向上的顶峰,裂纹继续向前扩展；过了这个点之后,裂纹进入失稳扩展阶段,荷载降低,裂纹依然扩展曲线进入下降段,直至最终试件破坏。图3为各种尺寸试件的曲线,可以看出,每个尺寸的试件均呈现出相同的趋势,可以通过上升段的拐点找到其起裂荷载。

图3 P-CMOD曲线

2.2 失稳断裂韧度的计算

楔入劈拉试件的失稳断裂韧度按下式计算

式中：KunIC为失稳断裂韧度；FHmax为最大水平荷载；ac为临界有效裂缝长度；Fmax为最大荷载；mg为楔形加载架的重量；t为试件厚度；h为试件高度；h0为装置夹式引伸仪刀口厚度；CMODc为裂缝口张开位移临界值；E为弹性模量；a0为裂缝的初始长度；ci为试件的初始CMOD/P值,由试件P-CMOD曲线的上升段之直线段任意一点数值计算。