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基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型

张秋宇 王立成

张秋宇,王立成. 基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型[J]. 水利水运工程学报,2020(3):106-113 doi:  10.12170/20190303001
引用本文: 张秋宇,王立成. 基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型[J]. 水利水运工程学报,2020(3):106-113 doi:  10.12170/20190303001
(ZHANG Qiuyu, WANG Licheng. Fatigue crack propagation model of concrete under water pressure based on energy approach[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(3): 106-113. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190303001
Citation: (ZHANG Qiuyu, WANG Licheng. Fatigue crack propagation model of concrete under water pressure based on energy approach[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(3): 106-113. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190303001

基于能量法的水环境混凝土疲劳裂缝扩展模型

doi: 10.12170/20190303001
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(51378090);国家重点基础研究发展计划(973计划)(2015CB057701;2015CB057703)
详细信息
    作者简介:

    张秋宇(1989—),男,吉林松原人,博士研究生,主要从事混凝土耐久性方面研究。E-mail:1076575787@qq.com

    通讯作者:

    王立成(E-mail:wanglicheng2000@163.com)

  • 中图分类号: TU528

Fatigue crack propagation model of concrete under water pressure based on energy approach

  • 摘要: 针对低频疲劳荷载与孔隙水压力的耦合作用,将混凝土疲劳裂缝扩展所消耗的能量分为两部分,一部分由低频疲劳荷载提供,另一部分由孔隙水压力提供,并给出了两部分能量的计算方法。基于能量的可叠加原理,结合混凝土断裂过程中能量释放率的概念,建立了低频疲劳荷载与孔隙水压力耦合作用下混凝土的裂缝扩展模型,并通过试验数据对模型进行了验证。结果表明:当孔隙水压力为0时,模拟曲线与试验数据吻合较好;当孔隙水压力与低频疲劳荷载共同作用时,水压作用会提供闭合裂缝张开时消耗的能量,促进裂缝的扩展,导致裂缝扩展速率增大,且随着孔隙水压力的增大,裂缝扩展速率增加,混凝土疲劳寿命降低。
  • 图  1  不同加载速度下裂缝中的水压力分布[6]

    Figure  1.  Sketch of water pressure in crack under different loading rates[6]

    图  2  不同加载方式下裂缝中的水压力方向

    Figure  2.  Direction of water pressure in cracks under different loading modes

    图  3  疲劳荷载下混凝土应力-应变曲线[11]

    Figure  3.  Stress-strain curve of concrete under fatigue loading[11]

    图  4  干燥混凝土裂缝扩展与耗散能之间的关系

    Figure  4.  Relationship between crack propagation and dissipation energy in dry concrete

    图  5  不同水压力下裂缝扩展与耗散能之间的关系

    Figure  5.  Relationship between crack propagation and dissipation energy under different pore water pressures

    图  6  理想状态(左)和实际(右)闭合裂缝示意

    Figure  6.  Sketch of closed cracks in ideal (left) and actual (right) states

    图  7  耗散能与疲劳循环次数的关系[20]

    Figure  7.  Relationship between dissipation energy and number of cycles[20]

    图  8  孔隙水压力与混凝土疲劳寿命的关系

    Figure  8.  Relationship between pore water pressure and fatigue life of concrete

    表  1  混凝土配合比[19]

    Table  1.   Details of mix proportion[19]

    编号水泥/(kg·m−3细骨料/(kg·m−3粗骨料/(kg·m−3水灰比
    A385.19716.451 005.350.54
    B495.24604.191 005.340.42
    C547.37552.841 001.690.38
    D650.00448.501 001.000.32
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-03
  • 网络出版日期:  2020-06-15
  • 刊出日期:  2020-06-01

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