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确定混凝土裂缝扩展双K准则的试验方法_徐世烺

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踪研究论文。会上徐世烺教授介绍了这一断裂准则的
本次会议对混凝土在动、静荷载下混凝土的断
理论意义和在工程中的实际应用。与会专家学者就这 裂失效及结构响应进行了报告探讨，交流了最新研
一议题进行了深入的讨论，肯定了双 Ｋ 断裂准则的 究成果；重点讨论了确定混凝土断裂扩展双 Ｋ 准则
重要意义，并对其试验细节提出了建设性的意见。
出的虚拟裂缝模型和裂缝带模型的数值计算运算， 量的变化反映了混凝土的断裂损伤破坏的 ３ 个阶
无需进行 Ｋａｒｉｈａｌｏｏ 和 Ｎａｌｌａｔｈａｍｂｉ 在 １９９０ 年提出 段，并讨论了试件尺寸对声发射信号参量的影响。
的尺寸效应模型和等效裂缝模型中所必要的回归分
会议最后由德国斯图加特大学的 Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ 教
1
国 混凝土刚度衰减即损伤。由于不受限于符号，模型中 际 所采用的扩展拉格朗日方法在数值分析上是强有力 学 的工具。在该模型中，混凝土的局部开裂表征为椭圆 术 形开裂表面和双曲线软化方程。报告中展示了该模 动 型用于前人已有三点弯、四点弯、剪切等经典试验的 态 对比研究，结果表明：所提出的模型可以很好地反应
清华大学，同济大学，大连理工大学，武汉大学，河海 大学，南京水利科学研究院，贵阳勘测设计研究院， 长委设计院和长江水利科学研究院达成共识，联合 进行混凝土双 Ｋ 断裂韧度试验。会议讨论 ＲＩＬＥＭ ＴＣ ＴＤＫ 第二次委员会会议拟于 ２０１３ 年 ４ 月在杭 州举行。
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的试验方法，并联合德国斯图加特大学（Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
随后，浙江大学建工学院的吴建营副教授作了 Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ）， 德 国 亚 琛 工 业 大 学 （ＲＷＴＨ Ａａｃｈｅｎ
2013
题为 《局部开裂混凝土的多裂纹弹塑性扩展损伤本 Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），法国交通科学技术研究院，韩国首尔国
年 第
构模型研究》的主题报告。在报告中他提出了一种针
立大学 （Ｓｅｏｕｌ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），印度技术研究所
对局部开裂混凝土多裂缝研究的弹塑性损伤模型， （Ｉｎｄｉａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），印度国家技术研究
期
该模型同时考虑了混凝土的永久变形即塑性变形和 所（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ），香港科技大学，
研究所和实验室对开展该试验的工作计划进行了热 教 授 作 了 题 为 “Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｏ Ｉｍｐａｃｔ
烈的讨论。
Ｌｏａｄｉｎｇ”的演讲。Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ 教授指出，随着应变速率
会议由浙江大学建筑工程学院院长徐世烺教授 的提高，混凝土的抗力和脆性都在相应提高，而断裂
主持。徐世烺教授首先致辞，对与会专家表示热烈的 模式也因应变速率不同而改变。对于中等动态加载
提出的原创性断裂理论，其理论基础和试验结果已 断裂研究的试验过程和数据处理过程。通过理论分
得到了国际断裂力学界同行的认可，目前正在为将 析和试验研究表明，声发射信号参量与累积损伤程
其列为国际断裂规程而进行积极准备。德国斯图加 度之间有着密切的相关关系，应用文中的声发射模
特大学的 Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ 教授和清华大学的张楚汉院士 式可以方便、实时、动态地实现混凝土材料的损伤检
问集团贵阳勘测设计研究院、大连理工大学、浙江大 非均质性是混凝土产生应变率效应的根本原因。
学等单位的多位代表参加了会议，与会专家学者们
第二场主题报告由来自德国斯图加特大学
就确定混凝土断裂扩展双 Ｋ 准则的试验方法及各 （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ， Ｇｅｒｍａｎｙ） 的 Ｈ．Ｗ． Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ
德 国 斯 图 加 特 大 学 （Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ） 的 Ｈ．Ｗ． 的应变率效应，那么 Ｗｅｉｂｕｌｌ 分布可以用来表征混
Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ 教授及来自水利部长江水利委员会设计 凝土各组分的非均质性。非连续介质力学方法可以
院、水利部交通部南京水利科学研究院、中国水电顾 作为研究混凝土破坏力学行为的有力手段。材料的
将骨料、砂浆和二者之间的界面分别建立有限元单 态发生本质改变，从单一裂缝开展转变为多裂缝开 学
元，然后再将三者以弹簧单元链接组成整体的混凝 叉式分布。
术
动
徐世烺：教授。
Tel: 18858115211
E-mail：slxu@
态
收稿日期：2012-06-21
11
学术前沿
下午的会议由德国斯图加特大学 Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ 教 出混凝土在比例加载和非比例加载情况下的局部开
学术前沿
确定混凝土裂缝扩展双 Ｋ 准则的试验方法
徐世火良 李庆华 曾 璐
（浙江大学紫金港校区建筑工程学院，杭州 310058）
２０１２ 年 ４ 月 ２６￣２８ 日，国际材料与结构研究所 土试件模型。通过对混凝土 ＳＨＰＢ 冲击试验和数值
和实验室及专家联合会“确定混凝土裂缝扩展双 Ｋ 模拟验证了基于连续介质力学的有限元法适用于细
分工。清华大学的张楚汉院士向大家简要介绍了本 度随加载速率增加而增加，并存在拐点，在此拐点以
次会议的讨论议题、时间安排及注意事项。
前，混凝土的强度增长多由应变率引起，混凝土裂缝
2013
本次会议第一场主题报告由来自清华大学的张 开展以单一裂缝扩展为主，而该拐点以后混凝土强
楚汉院士作了题为“Ｆｒａｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎ Ｍｅｓｏ－ｓｃａｌｅ”的演讲。张院士主要介绍了通过细观 有限元建立混凝土的断裂力学模型和动态力学模型
授主持，浙江大学建筑工程学院院长徐世烺教授作 裂特点。
了 第 三 场 主 题 报 告 ， 题 为 “Ｔｈｅ Ｐｒｏｐｏｓａｌ ｏｆ ｔｈｅ
最后一个主题报告是来自南京水利科学研究院
Ｒｏｕｎｄ－ｒｏｂｉｎ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ Ｄｏｕｂｌｅ－Ｋ Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ Ｔｅｓｔｉｎｇ 的陆俊博士所作的题为 《混凝土断裂过程中声发射
欢迎，并对本届委员会第一次会议的主旨作了介绍， 速率下材料的率效应是主要因素，而进入高速动态
主要讨论落实国际材料与结构研究所和实验室及专 加载条件惯性效应成为主导因素。Ｈ．Ｗ． Ｒｅｉｎｈａｒｄｔ 教
家联合会（ＲＩＬＥＭ）委托的建立混凝土裂缝扩展的双 授在其报告中展示了基于细观力学的混凝土紧凑拉
Ｋ 准则实验方法标准规程的任务、工作计划和具体 伸试件的数值模拟试验，该模拟试验表明：混凝土强
在发言中先后指出，与国际上其他学者提出的断裂 测和评价。用声发射信号如声发射振铃计数曲线、事
模型相比，双 Ｋ 断裂理论通过结合虚拟裂缝方法和 件计数曲线折点和或声发射能量曲线、振幅曲线来
等效弹性方法，给出了闭合解析，并提出了便于工程 判断三点弯曲梁试验中试件断裂的临界状态是可信
实际应用的简化公式，避免了 Ｂａｚａｎｔ 在 １９８３ 年提 的，且比应变片法具有更高的准确性。声发射信号参
Ｍｅｔｈｏｄ”。该报告介绍了双 Ｋ 断裂准则的主要概念 特性分析与静动态断裂韧度关系研究》的报告。在其

和方法，就确定双 Ｋ 断裂参数的试验方法、过程及 报告中，陆俊博士首先对声发射试验方法的发展现
试验数据的处理作了详尽的描述。双 Ｋ 断裂准则是 状及其优缺点进行了介绍，然后较为详尽地描述了
徐世烺教授于 １９９９￣２０００ 年与其合作者在国际上 南京水利科学院在利用声发射原理进行混凝土双 Ｋ
度的迅速增长则来源于混凝土试件的惯性效应，并 年
第
且加载速率的增加使裂缝出现开叉，虽然初始为张
期
开型裂缝，但加载速率大时裂缝转为剪切型和张开
1
以及验证试验。报告中所进行的试验采用了我国大 型以及复合型裂缝。报告中所提到的紧凑拉伸数值 国
坝实际最大骨料粒径和混凝土来浇筑试件。其模型 模拟试验，随加载速率的增加，混凝土的裂缝开展形 际
了对试验技术设备的要求，试验方法简易可行，便于 则的理论意义和工程价值给予高度评价，并倡议各
混凝土断裂力学研究的广泛开展，成为目前国际上 国试验室在此次会议所讨论的双 Ｋ 断裂参数的试
较为流行的断裂理论，被国际上不同国家的学者进 验方法建议框架内广泛开展循环测试试验，为双 Ｋ
行跟踪研究，在国际多个著名刊物发表了 １０ 余篇跟 断裂参数试验方法的推行积累充分的试验基础。
准则的试验方法”技术委员会第一次全体会议在杭 观层次混凝土的断裂和失效过程。关于试验试件尺
州隆重举行。本次会议由浙江大学主办，由浙江省自 寸效应，张院士指出，由于混凝土的非均质性，在相
然科学基金、浙江大东吴集团建设有限公司、浙江华 同非均质指数情况下，试件尺寸越大损伤断裂发生
威建材集团有限公司赞助。清华大学的张楚汉院士、 时试件强度降低越多。如果考虑了混凝土本构关系
析，同时考虑了 Ｊｅｎｑ 和 Ｓｈａｈ 在 １９８５ 年提出的两参 授进行总结，他首先对主办方浙江大学对本次会议
数模型中被忽略的塑性变形影响，物理意义明确。双 的认真筹备表示了衷心感谢，向与会专家学者所作
Ｋ 断裂模型参数的试验测定只要求单调加载，而无 的精彩报告致以诚挚谢意，充分肯定了本次会议对
需两参数断裂模型所要求的循环加、卸载过程，降低 于混凝土材料性能研究的重要意义，对双 Ｋ 断裂准

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混凝土_型裂缝扩展准则及裂缝扩展全过程的数值模拟

混凝土_型裂缝扩展准则及裂缝扩展全过程的数值模拟

针对上述存在的问题 ,本文提出一种混凝土 Ⅰ型裂缝扩展准则 ,认为当外力引起的裂缝尖端应力强 度因子 KIP与黏聚力引起的裂缝尖端应力强度因子 KσI 的差值达到起裂断裂韧度 KiInCi 时 ,裂缝即开始扩 展 ,应用该准则并借助通用有限元软件 ANSYS 对混凝土 Ⅰ型裂缝的断裂过程进行数值模拟 ,计算不同 尺寸混凝土试件的荷载 - 裂缝口张开位移 ( P2CMOD) 全曲线 、临界裂缝亚临界扩展量和失稳断裂韧度 ,
载对应的 KIP即为失稳断裂韧度 KuICn 。
212 数值计算过程 根据上节提出的裂缝扩展准则 ,在整个裂缝扩展过程中 ,外加荷载经历由 0 →Pini
→Pmax →下降的过程 。通过计算得到的每一步裂缝扩展的起裂荷载及其对应的裂缝口张开位移 ,就可
得到试件完整的 P2CMOD 曲线 。
当处于荷载上升段时 ,第 i 裂缝扩展步内 ,在 i - 1 步荷载 load ( i - 1) 的作用下 , KIP - KσI < KiInCi ,根 据扩展准则 ,裂缝不扩展 。在保持裂缝长度 a 不变的前提下 ,给荷载以人为设定微小增量Δ P ,直至使
a0ΠD
PmaxΠkN 试验值 计算值
CMODcΠμm 试验值 计算值
KuICnΠ(MPa·m1Π2 ) 试验值 计算值
acΠD 试验值 计算值
B1
01795
01383
51523
516
4519
5313
11361
1161
01436
01460
B3
01709
01442
41365
414
5111
5812
11308
01662
01376
51033
双缝混凝土三点弯曲梁断裂性能试验

双缝混凝土三点弯曲梁断裂性能试验

双缝混凝土三点弯曲梁断裂性能试验胡少伟;尹阳阳;王强【摘要】为了研究双缝混凝土三点弯曲梁的断裂性能,分别对初始缝高比为0.4的单缝,主缝缝高比为0.4、次缝缝高比为0.2～0.4及主次缝间距为120 mm和160 mm的双缝标准混凝土三点弯曲梁,共24个试件进行了试验研究.基于双K断裂理论,分析了次缝缝高比及主次缝间距对实测的荷载-裂缝张口位移P-δ曲线的影响.结果表明:随着次缝缝高比的增大,试件的起裂荷载从4.65 kN增至7.12 kN,增大53.1％,最大荷载从7.37 kN增至8.22 kN,增大11.5％;随着主次缝间距的增大,试件的起裂荷载、最大荷载及其比值均同步先增大后减小,且当主次缝间距为80 mm 时,均达到最大.相比单缝试件,次缝缝高比越大,实测P-δ曲线线性段的斜率越高,主次缝间距越大,P-δ曲线线性段的斜率越小.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(047)003【总页数】6页(P265-270)【关键词】双缝混凝土;三点弯曲梁;双K断裂理论;荷载-裂缝张口位移曲线;断裂性能【作者】胡少伟;尹阳阳;王强【作者单位】河海大学土木与交通学院,江苏南京 210098;南京水利科学研究院材料结构研究所,江苏南京 210024;河海大学土木与交通学院,江苏南京 210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京 210098【正文语种】中文【中图分类】TU375.1自1961年,Kaplan[1]首次将Griffith理论应用于研究混凝土以来,国际上对混凝土断裂性能的研究已有近60 a年的发展。

我国从1973年的水利大检查中因很多大坝出现裂缝开始引起学者们对混凝土断裂性能的关注[2-4],至今我国对混凝土断裂性能的研究也已近50 a。

较为著名的是我国学者徐世烺等[5]提出的双K断裂理论,指出对于一般对裂缝要求较低的混凝土结构,确定出其失稳断裂韧度即可较好地满足工程要求,但对于对裂缝有严格要求的结构,如高坝、输水结构等,确定出其起裂断裂韧度也十分重要。

混凝土本构关系研究进展及发展趋势

混凝土本构关系研究进展及发展趋势

0 引言混凝土作为土建施工主导型材料，在隧道、桥梁、工业与民用建筑等各类工程中发挥着重要作用。

作为一种胶凝材料，不同组分的固有性质、配合比及固液气三相之间物理化学反应，使得混凝土材料类型多样。

混凝土内部含有大量的微裂缝和微空洞，使其具有非线性、随机性等力学行为特点，与可作为均质体假定的金属材料物理力学性质有较大不同。

应用过程中混凝土强度与适宜性的误差主要来源于对混凝土应力应变行为（即本构关系）认识不到位。

本构关系的研究一直是混凝土材料基础理论科学的研究重点，已发展形成了多种理论本构模型，如弹性力学本构关系、塑性力学本构关系、断裂力学本构关系、损伤力学本构关系，以及针对高温、低温等特定环境下的本构关系。

上述本构关系又可分为弹性与弹塑性、细观与宏观、确定性与随机性等类型，虽然研究成果百花齐放，但也反映出既有本构关系适用性差、对受力行为预测误差大等缺点。

在前人研究成果的基础上[1-11]，对混凝土的本构研究成果进行分类概括梳理，评述各种理论的特点，并提出有待解决的关键问题及发展趋势。

1 研究现状及评述国内外对于混凝土本构关系的研究可分为基于试验建立的本构关系和基于理论建立的本构关系2种，后者又可分为基于弹性理论、塑性理论、断裂力学理论、损伤理论、内蕴时间理论、人工智能神经网络理论等。

基金项目：国家自然科学基金委员会-中国铁路总公司高速铁路 基础研究联合基金项目（U1434211）第一作者：马伟斌（1977—），男，研究员，博士。

混凝土本构关系研究进展及发展趋势马伟斌，王志伟，张千里，杜晓燕（中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道建筑研究所，北京 100081）摘 要：对混凝土本构关系的发展、沿革、应用及存在的问题进行梳理和评述，概括分析各类本构关系具有代表性的研究成果。

研究指出混凝土本构关系研究在试验技术、理论研究、学科交叉等方面存在的关键科学问题；从学科融合、监测检测技术手段发展等方面对本构关系的发展指出了研究方向；阐明损伤力学本构与人工智能神经网络技术本构具有广阔发展前景；指出特殊环境下专门性本构模型有待进一步深入研究。

用于确定双K断裂参数的混凝土软化本构曲线

用于确定双K断裂参数的混凝土软化本构曲线

断裂参数的混凝土软化本构曲线3 用于确定双 K赵志方, 徐世火良(大连理工大学 土木建筑学院, 大连 116024)失稳韧度。

K i n iun文 摘: 针对基于虚拟裂缝扩展粘聚力的解析方法确定双I c 和 K I c 被称为双 K 断裂参数。

K 断裂参数时, 起裂韧度 K i n i和选定的混凝土软化本构曲线i n i文 3 表明起裂韧度 K Ic 的解析计算结果与所选定的软化本构曲线形状有关, 因此需要研究混凝I c 形状有关的问题, 指出对于双线性软化本构曲线而言, 其拐点坐标 (w s , Ρs ) 的取值大小对 K i n i有一定影响。

当取w s 等于I c 土软化本构曲线形状对双 K 断裂参数 K i n i的影响。

I c 临界裂缝尖端张开位移, 并引入一个反映混凝土变形性能的双 K 断裂参数的确定以双 K 断裂准则作为混凝土的断裂准则, 只需在三点弯曲梁断裂试验中测出最大荷载 P m ax 和临界 裂缝口张开位移 d c 两个参数, 就可用解析的方法计 算出混凝土材料的双 K 断裂参数, 详细推导及公式 见文3 , 本文简述主要公式如下。

1) 失稳韧度从实测的荷载—裂缝口张开位移 (P 2d ) 曲线上 找出 P m ax 和 d c , 代入式1 参量 Κ时, Κ的大小将直接影响 K i n i的确定。

通过将三点弯曲 I c 梁断裂试验取得的 K i n i 实测结果与选择不同混凝土软化本I c 构曲线形状得到的解析解进行对比, 得到了使两者吻合的参量 Κ和软化本构曲线形状, 为确定双 K 断裂参数中的起裂韧 度 K i n iI c 提供了适合的双线性软化本构曲线。

关键词: 混凝土; 构曲线双K 断裂参数; 起裂韧度; 双线性软化本 中图分类号: 文 章 编 号: 文献标识码: ATU 37; O 346. 1100020054 (2000) S 1201102046P m ax S a cV I (Α) ,(1)d c =H 2B E 混凝土的受力特性与裂缝的发展有密切的关系。