混凝土强度尺寸效应的实验研究

论文摘要

尺寸效应是准脆性材料的一个普遍性质,混凝土作为一种准脆性材料也存在尺寸效应。混凝土强度的尺寸效应是指混凝土的强度不仅由材料的性质决定,还会随着试件或构件的尺寸的大小而变化,而不是一个定值。随着混凝土材料的运用越来越广泛,结构高度和跨度的增加,混凝土结构尺寸也越来越大,但受到试验研究条件的和认识水平的限制,目前我们大尺寸试件的设计还是参考小尺寸试件研究成果而建立的设计理念和方法、计算公式等,当它们用于现代实际工程中时,将缺乏科学依据的推导。虽然我们在混凝土强度尺寸效应的研究领域中取得一些成绩,但还没有一个统一的衡量尺寸效应的标准或指标,目前为止还没有把尺寸效应考虑到行业规范和标准中去。针对上述情况,本文开展了以下几个方面工作：(1)本文进行了混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度两方面的尺寸效应实验研究,抗压试验考虑了立方体、棱柱体和圆柱体三种试件形式；劈裂受拉试验考虑了立方体和圆柱体两种试件形式。(2)混凝土抗压强度的尺寸效应实验中,各种试件形式考察了边长或直径为150mm、250mm、350mm、450mm四组不同试件尺寸。实验结果表明,无论哪种试件形式混凝土的抗压强度都存在尺寸效应,且随着试件尺寸的增加,混凝土抗压强度在减小。同时采用Bazant基于应力重分布的尺寸效应公式及其修正式和Carpinteri多种分形理论尺寸效应公式拟合了实验结果,两种理论均能较好的说明实验结果。(3)混凝土劈裂受拉强度的尺寸效应实验中考察了边长为150mm、250mm、350mm、450mm、550mm、750mm六组不同立方体试件尺寸和直径为150mm、250mm、350mm、450mm、550mm五种圆柱体试件尺寸。实验结果显示,混凝土的劈裂受拉强度存在尺寸效应,且随着试件尺寸的增加,混凝土抗压强度在减小,但无论试件形式如何当劈裂面积达时1000mm2时,尺寸效应接近消失,劈拉强度趋近一个定值。同时采用Weibull统计尺寸效应理论分析了实验结果,研究表明混凝土劈裂受拉强度与劈裂面积存在很好的相关性。(4)通过对试件形式对混凝土强度尺寸效应影响的比较,发现无论是混凝土的抗压强度实验还是劈裂抗拉强度试验,试件的形式对混凝土的强度尺寸效应存在影响,虽然在大体趋势上表现相同,但是在具体尺寸上试件形状对混凝土强度的尺寸效应的影响有差异。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混凝土尺寸效应理论的国内外研究现状
• 1.2.1 Weibull尺寸效应统计理论
• 1.2.2 能量释放引起的尺寸效应理论——Bazant尺寸效应律
• 1.2.3 裂纹的分形特性引起的尺寸效应理论——Carpinteri多重分形尺寸效应理论
• 1.3 尺寸效应的试验研究现状
• 1.3.1 抗压强度的尺寸效应
• 1.3.2 抗拉强度的尺寸效应
• 1.3.3 抗弯强度的尺寸效应
• 1.3.4 复合受力的尺寸效应
• 1.3.5 其他因素对混凝土尺寸效应的影响
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 试验综述
• 2.1 前言
• 2.2 试件设计
• 2.2.1 抗压试验试件
• 2.2.2 抗拉试验试件
• 2.3 模板制作
• 2.4 试件制作和养护
• 2.4.1 试件的制作
• 2.4.2 试件的养护
• 2.4.3 试件的处理
• 2.5 应变片的测点布置
• 2.5.1 应变片规格
• 2.5.2 抗压试验试件的测点布置
• 2.6 试验设备和试验方法
• 2.6.1 实验设备
• 2.6.2 试验方法
• 2.7 本章小结
• 3 混凝土抗压强度的尺寸效应试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验的找平和保护措施
• 3.2.1 试件的找平
• 3.2.2 抗压试验中的保护措施
• 3.3 试件的破坏形态及试验结果
• 3.3.1 试件的破坏形态
• 3.3.2 应变片测试结果
• 3.3.3 抗压试件的实验结果
• 3.3.4 各种抗压强度之间的关系
• 3.4 抗压强度尺寸效应的理论研究
• 3.4.1 抗压强度的尺寸效应
• 3.4.2 不同曲线的比较
• 3.5 本章小结
• 4 混凝土劈裂抗拉强度的尺寸效应试验研究
• 4.1 前言
• 4.2 垫条的尺寸及大尺寸试件的吊装就位
• 4.2.1 垫条尺寸的确定
• 4.2.2 垫条的安置方向
• 4.2.3 大尺寸试件的吊装就位
• 4.3 试件的破坏形态及试验结果
• 4.3.1 试件的破坏形态
• 4.3.2 劈裂受拉强度试验结果
• 4.4 劈裂抗拉强度尺寸效应的理论研究
• 4.4.1 本劈裂抗拉强度实验的理论分析
• 4.4.2 不同曲线的比较
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 混凝土强度尺寸效应试验研究结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文等情况
• 致谢