论文摘要
钢筋混凝土构件表面裂缝的发展过程是一个极其复杂极富挑战性的研究课题,一直是力学、材料和工程等各学科的研究热点和难点之一。研究钢筋混凝土构件表面裂缝的发展规律,对研究和评价钢筋混凝土构件的安全状态具有重要的理论意义。对于土木工程中的混凝土结构,表征损伤的最直观信息就是裂缝的出现和扩展。裂缝发育状况将直接影响具有不同损伤程度的结构体的力学性能,在某种程度上决定着结构的安全性、适用性和耐久性,并成为结构生命期的一种度量。微观裂缝的扩展程度就是材料破坏程度的标志,根据损伤后混凝土结构表面裂缝开展状况评价其损伤程度有很大的实际应用价值。本文旨在揭示裂缝发展更深层次的机理,为正确评价钢筋混凝土构件的损伤状态提供可靠的理论依据,从而在总结前人的研究基础上,应用分形理论,就四点弯曲钢筋混凝土构件表面裂缝发展与其力学性能的对应关系、四点弯曲梁表面裂缝分形特征的数值模拟、钢筋混凝土构件表面裂缝发展对构件内部钢筋腐蚀危险状态的影响三个问题进行了系统的探索性理论研究和试验研究工作,并取得一定的成果:（1）通过钢筋混凝土构件的四点弯曲试验,采用分形理论研究构件表面裂缝的发展规律。研究表明:①损伤的钢筋混凝土构件表面裂缝在其发展的中后期具有分形特性,此时可以利用分形理论研究钢筋混凝土构件表面裂缝的发展情况。②本文研究条件下的钢筋混凝土构件表面裂缝发展中后期的分形维数D与构件外部荷载P、跨中挠度f、最大裂缝宽度B具有如下良好的定量关系,钢筋混凝土构件表面裂缝的分形维数可以作为评价钢筋混凝土构件破坏程度及安全程度的一个评价指标。上述定量关系如下:（2）借助数值模拟软件RFPA-2D对钢筋混凝土构件的四点弯曲试验进行了数值模拟,进一步研究了荷载位移曲线下降段所对应的钢筋混凝土构件表面裂缝的发展情况及裂缝分布的统计自相似分形性质。研究表明:①在构件临近破坏时裂缝在这一阶段的分形特征已经相当显著,随着结构的进一步破坏,钢筋混凝土构件表面裂缝进一步发展,分形维数增长速度渐快,其分形维数的增大主要与表面裂缝宽度的增大有关。②随着外部荷载的施加,构件内部应力发生重新分布,裂缝分形维数也随之增大。（3）通过对具有荷载裂缝的钢筋混凝土试件的试验,利用分形理论,研究钢筋混凝土构件表面荷载裂缝发展规律及其对钢筋腐蚀危险状态的影响,探索分形理论在评价钢筋混凝土构件损伤程度和耐久性等方面应用的可能性。研究表明:①通过不同水灰比的钢筋混凝土试件在承受外部荷载产生裂缝后的钢筋腐蚀试验的结果分析,进一步验证了采用分形来描述试件表面裂缝发展规律的可行性。②研究表明,试件表面裂缝分形维数与裂缝宽度成一次线性递增关系,在本文的研究条件下,分形维数D与裂缝宽度B具有很好的定量关系:③钢筋的腐蚀危险随裂缝分形维数的增大而加大。相同水灰比条件下,试件表面裂缝分形维数越大,则内部钢筋的腐蚀危险越大;在试验后期,分形维数大的试件内部钢筋腐蚀危险的变化速率要大于分形维数小的试件内部钢筋的腐蚀危险的变化速率。④随构件表面裂缝分形维数的增大,钢筋混凝土构件内部钢筋腐蚀危险增大,因此,钢筋混凝土构件表面裂缝的分形维数可以作为评价钢筋混凝土构件破坏程度及安全程度的一个评价指标。