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含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析

胡少伟 胡鑫

胡少伟, 胡鑫. 含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析[J]. 水利水运工程学报, 2017, (1): 1-9. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.001
引用本文: 胡少伟, 胡鑫. 含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析[J]. 水利水运工程学报, 2017, (1): 1-9. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.001
HU Shaowei, HU Xin. Experimental studies and performance analysis of wedge splitting for concrete specimens with cavity defects[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (1): 1-9. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.001
Citation: HU Shaowei, HU Xin. Experimental studies and performance analysis of wedge splitting for concrete specimens with cavity defects[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017, (1): 1-9. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.001

含空洞缺陷混凝土试件楔入劈拉性能分析

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.001
基金项目: 

国家杰出青年科学基金资助项目 51325904

水利部公益性行业科研专项经费项目 201501036

详细信息
    作者简介:

    胡少伟(1969—),男,河南开封人,教授级高级工程师,主要从事工程结构和材料的科研工作。E-mail:hushaowei@nhri.cn

    通讯作者:

    胡鑫(E-mail:gin163@qq.com)

  • 中图分类号: TV331;TU317.1

Experimental studies and performance analysis of wedge splitting for concrete specimens with cavity defects

  • 摘要: 为研究空洞缺陷对混凝土楔入劈拉性能的影响,将空洞缺陷等效为相应纵向截面高度的损失量,并推导了含空洞缺陷混凝土楔入劈拉断裂参数的计算式,同时利用改进型测试装置进行了8组共32个试件的楔入劈拉性能试验,分析研究了空洞尺寸及其位置变化对试件楔入劈拉性能的影响规律。结果表明,起裂荷载、失稳荷载、起裂张口位移和失稳张口位移都随着空洞尺寸增大(直径0~120 mm)而降低,降幅分别为43.59%,23.75%,39.85%,54.50%;空洞缺陷对混凝土的起裂韧度影响较小,但却会明显降低混凝土失稳韧度,随着空洞尺寸增大,其降幅达到46.20%;空洞位置对混凝土断裂特性的影响跟裂纹扩展路径相关,当裂纹经过空洞时会降低相关参数,当其远离空洞区域时,则影响较小。
  • 图  1  试件受力

    Figure  1.  Force diagram of specimen

    图  2  等效水平拉力

    Figure  2.  Equivalent horizontal tensile force

    图  3  试件1/2模型

    Figure  3.  A half model

    图  4  试件破坏形态和空洞

    Figure  4.  Specimen failure and cavity

    图  5  荷载随空洞直径变化

    Figure  5.  Curves of load and radius of cavity

    图  6  张口位移随空洞直径变化

    Figure  6.  Curves of CMOD and radius of cavity

    图  7  断裂韧度随空洞直径变化曲线

    Figure  7.  Curves of fracture toughness and diameter of cavity

    图  8  试件、荷载和韧度对比

    Figure  8.  Comparison of specimen groups, load and toughness

    表  1  试件设计参数

    Table  1.   Design parameters of specimens

    试件标号高×宽×厚/(mm×mm×mm)初始缝长a0/mm空洞直径r/mm空洞表层离预制缝尖距离c/mm数量
    WS400-040-#1400×400×200160004
    WS400-040-#2400×400×20016020254
    WS400-040-#3400×400×20016040254
    WS400-040-#4400×400×20016060254
    WS400-040-#5400×400×20016080254
    WS400-040-#6400×400×200160100254
    WS400-040-#7400×400×200160120254
    WS400-040-#8400×400×200160601804
    注:试件编号中,WS代表楔入劈拉试验;400代表高度;040代表缝高比是0.4;#1是分组序号。
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    表  2  等效高度计算结果

    Table  2.   Calculated results of equivalent height

    试件编号r/mmc/mmhs1/mh1/mh1降幅/%hs2/mh2/mh2降幅/%
    WS400-040-#1000.240 00.400 000.240 00.400 00
    WS400-040-#220250.238 40.398 4-0.3930.236 60.396 6-0.860
    WS400-040-#340250.233 70.393 7-1.5710.227 50.387 5-3.119
    WS400-040-#460250.225 90.385 9-3.5340.214 60.374 6-6.341
    WS400-040-#580250.214 90.374 9-6.2830.199 40.359 4-10.153
    WS400-040-#6100250.200 70.360 7-9.8170.189 80.349 8-12.561
    WS400-040-#7120250.183 50.343 5-14.1370.166 60.326 6-18.353
    WS400-040-#8601800.225 90.385 9-3.5340.237 70.397 7-0.584
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    表  3  断裂参数计算结果

    Table  3.   Calculated results of fracture parameters

    试件编号Pini/kNPun/kNKini/(MPa·m1/2)Kun/(MPa·m1/2)Pini/PunKini/Kun
    WS400-040-#1-16.09416.9600.4531.9340.3590.234
    WS400-040-#1-26.23316.8880.4632.1700.3690.213
    WS400-040-#1-36.39317.5040.4752.0470.3650.232
    平均6.24017.1170.4642.0500.3650.226
    WS400-040-#2-16.25416.2230.4731.9310.3860.245
    WS400-040-#2-35.97016.0000.4511.8990.3730.238
    WS400-040-#2-46.07115.8100.4591.7060.3840.269
    平均6.09816.0110.4611.8450.3810.250
    WS400-040-#3-26.13015.5000.4851.3390.3950.362
    WS400-040-#3-36.12115.6740.4841.8570.3910.261
    WS400-040-#3-45.92015.5000.4681.5050.3820.311
    平均6.05715.5580.4791.5670.3890.306
    WS400-040-#4-15.79015.1600.4921.3300.3820.370
    WS400-040-#4-24.41014.2910.3751.3160.3090.285
    WS400-040-#4-45.65415.1080.4801.5480.3740.310
    平均5.28514.8530.4491.3980.3560.321
    WS400-040-#5-14.98015.5360.4651.3170.3210.353
    WS400-040-#5-24.36011.7800.4071.1200.3700.363
    WS400-040-#5-46.39315.4180.5961.2500.4150.477
    平均5.24414.2450.4891.2290.3680.398
    WS400-040-#6-14.28012.0570.4301.0390.3550.414
    WS400-040-#6-25.14014.1450.5171.3610.3630.380
    WS400-040-#6-35.10013.5260.5131.1530.3770.445
    平均4.84013.2430.4861.1840.3650.411
    WS400-040-#7-13.70012.3400.4431.0690.3000.414
    WS400-040-#7-23.16014.0900.3781.1810.2240.320
    WS400-040-#7-43.71812.7260.4431.0580.2910.419
    平均3.52613.0520.4211.1030.2700.382
    WS400-040-#8-16.19016.1960.4771.9980.3820.239
    WS400-040-#8-36.53014.9400.5031.8170.4370.277
    WS400-040-#8-45.53015.4800.4261.7680.3570.241
    平均6.08315.5390.4691.8610.3910.252
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  • [1] 朱伯芳, 许平.加强混凝土坝面保护尽快结束"无坝不裂"的历史[J].水力发电, 2004, 30(3): 25-28. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SLFD200403006.htm

    ZHU Bofang, XU Ping. Strengthen superficial insulation of concrete dams to terminate the history of "on dam without cracks"[J]. Water Power, 2004, 30(3): 25-28. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SLFD200403006.htm
    [2] 徐世烺.混凝土断裂力学[M].北京:科学出版社, 2011: 2-6.

    XU Shilang. Concrete fracture mechanics[M]. Beijing: Science Press, 2011: 2-6. (in Chinese)
    [3] LV M, SCHULTZ A E, STOLARSKI H K. Influence of cavity dimension on the stability of eccentrically loaded slender unreinforced masonry hollow walls[J]. Construction and Building Materials, 2011, 25(12): 4444-4453. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2011.04.001
    [4] LIU X Z, FOK A S L, LI H Y. Influence of restorative material and proximalcavity design on the fracture resistance of MOD inlay restoration[J]. Dental Materials, 2014, 30: 327-333. doi:  10.1016/j.dental.2013.12.006
    [5] HASHIMOTO K, FUJIMATSU T, TSUNEKAGE N, et al. Effect of inclusion/matrix interface cavities on internal-fracture-type rolling contact fatigue life[J]. Materials and Design, 2011, 32(10): 4980-4985. doi:  10.1016/j.matdes.2011.06.056
    [6] 孙国有, 薛继良, 兰清生, 等.空洞扩张与Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂参量[J].浙江大学学报(自然科学版), 1994, 28(1): 1-7. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDZC401.000.htm

    SUN Guoyou, XUE Jiliang, LAN Qingsheng, et al. Void growth and fracture criteria of cracks of mixed Ⅰ and Ⅱ modes[J]. Journal of Zhejiang University(Natural Science), 1994, 28(1): 1-7. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZDZC401.000.htm
    [7] 王志杰. 围岩断裂空洞现象的启示[C]//第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集, 2010: 184-188.

    WANG Zhijie. Inspiration of surrounding rock crack cavity phenomenon[C]// 11st National Academic Conference of Rock Mechanics and Engineering, 2010: 184-188. (in Chinese)
    [8] 蔺海晓, 付磊.混凝土空心砖抗折性能数值研究[J].建筑材料学报, 2012, 15(6): 778-781. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JZCX201206010.htm

    LIN Haixiao, FU Lei. Numerical study on bending behavior of concrete perforated brick[J]. Journal of Building Materials, 2012, 15(6): 778-781. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JZCX201206010.htm
    [9] ZHAO X D, ZHANG H X, ZHU W C. Fracture evolution around pre-existing cylindrical cavities in brittle rocks under uniaxial compression[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2014, 24(3): 806-815. doi:  10.1016/S1003-6326(14)63129-0
    [10] XU S L, REINHARDT H W. A simplified method for determining double-K fracture parameters for three-point bending tests[J]. International Journal of Fracture, 2000, 104: 181-209. doi:  10.1023/A:1007676716549
    [11] XU S L, REINHARDT H W. Crack extension resistance and fracture properties of quasi-brittle softening materials like concrete based on the complete process of fracture[J]. International Journal of Fracture, 1998, 92: 71. doi:  10.1023/A:1007553012684
    [12] ZHAO Y H, XU S L, LI Z J. An analytical and computational study on energy dissipation along fracture process zone in concrete[J]. Computers & Concrete, 2004, 1(1): 47-60.
    [13] FAN X Q, HU S W, ZHU H T. SFRC subjected to domestic sewage and sustained load[J]. Journal Wuhan Univ Technol-Mat Sci Edit, 2012, 27(4): 797-804. doi:  10.1007/s11595-012-0551-y
    [14] HU Shaowei, LU Jun, FAN Xiangqian. The fracture of concrete based on acoustic emission[J]. Advanced Materials Research, 2011, 137(7): 261-265. https://www.scientific.net/AMM.80-81.261
    [15] FAN Xiangqian, HU Shaowei. Influence of crack initiation length on fracture behaviors of reinforced concrete[J]. Applied Clay Science, 2013, 79: 25-29. doi:  10.1016/j.clay.2013.02.026
    [16] 吴瑶, 徐世烺, 吴建营, 等.双K断裂准则在丹江口大坝安全性评定中的应用[J].水利学报, 2015, 46(3): 366-372. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SLXB201503016.htm

    WU Yao, XU Shilang, WU Jianyin, et al. Application of double-K fracture criterion in evaluating Danjiangkou dam safety[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2015, 46(3): 366-372. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SLXB201503016.htm
    [17] 胡少伟, 徐爱卿.非标准混凝土楔入劈拉试件高宽比影响分析[J].硅酸盐学报, 2015, 43(10): 1492-1499. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXYB201510021.htm

    HU Shaowei, XU Aiqing. Effect analysis on fracture morphology of non-standard concrete wedge splitting tests by different height to width ratio[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2015, 43(10): 1492-1499. (in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXYB201510021.htm
    [18] DL/T 5332—2005水工混凝土断裂试验规程[S].

    DL/T 5332—2005 Norm for fracture test of hydraulic concrete[S]. (in Chinese)
    [19] 赵艳华, 韩飞, 陈晋.楔入劈拉断裂试验支承形式对混凝土断裂韧度的影响[J].水利水电科技进展, 2009, 29(4): 10-13. doi:  10.3880/j.issn.1006-7647.2009.04.003

    ZHAO Yanhua, HAN Fei, CHEN Jin. The effect of support on concrete fracture toughness in wedge-splitting test[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2009, 29(4): 10-13. (in Chinese) doi:  10.3880/j.issn.1006-7647.2009.04.003
    [20] TADA H, PARIS P C, IRWIN G R. The stress analysis of cracks handbook[M]. New York: ASME Press, 2000.
  • [1] 张国龙, 任昊铭, 章定文, 徐慧敏, 宋涛.  玄武岩纤维提升水泥土抗拉性能的试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (2): 109-116. doi: 10.12170/20211224002
    [2] 刘妙燕, 陆俊, 明攀.  三点弯曲下橡胶混凝土的断裂性能 . 水利水运工程学报, 2021, (3): 31-40. doi: 10.12170/20200411001
    [3] 胡少伟, 娄本星, 尹阳阳, 叶宇霄.  蒸养混凝土早期断裂性能研究 . 水利水运工程学报, 2020, (4): 88-95. doi: 10.12170/20191226004
    [4] 王思瑶, 胡少伟.  内部裂缝缺陷对混凝土断裂性能的影响 . 水利水运工程学报, 2020, (5): 96-102. doi: 10.12170/20190923001
    [5] 陈灯红, 谢京辉, 杨乃鑫.  基于增量动力分析的混凝土重力坝抗震性能分析 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 48-55. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.007
    [6] 张玘璐, 杨赛利, 王立成.  三级配大骨料混凝土双轴抗压性能试验分析 . 水利水运工程学报, 2016, (5): 78-84.
    [7] 周俊敏, 吴禹, 薛瑞.  高掺量钢纤维自密实混凝土梁抗弯性能分析 . 水利水运工程学报, 2015, (5): 109-115.
    [8] 范向前, 胡少伟, 陆俊.  基于声发射信号表征混凝土断裂过程的异常现象 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 26-31.
    [9] 赵联桢, 杨平, 刘成.  混凝土早期力学性能试验研究 . 水利水运工程学报, 2013, (1): 35-40.
    [10] 胡少伟,胡汉林.  预应力混凝土组合箱梁扭后抗弯性能分析 . 水利水运工程学报, 2011, (3): -.
    [11] 郑丹,李文伟.  不同级配混凝土拉压多轴强度的断裂力学分析 . 水利水运工程学报, 2010, (4): -.
    [12] 柯敏勇,屠清奎,刘海祥,叶小强,龙志勇.  某水闸交通桥断裂和破损成因分析 . 水利水运工程学报, 2009, (3): -.
    [13] 涂忠仁,尹健,荣耀.  动力荷载作用下预应力混凝土靠船桩变形性能理论及数值分析 . 水利水运工程学报, 2008, (4): -.
    [14] 陈灿明,黄卫兰,陆采荣,唐崇钊.  桥用高性能混凝土的徐变与应用 . 水利水运工程学报, 2007, (2): 1-9.
    [15] 李克亮,蒋林华,黄国泓,唐修生.  地聚合物复合水泥混凝土性能研究 . 水利水运工程学报, 2006, (1): 49-53.
    [16] 王五平,宋人心,傅翔,罗骐先.  用超声波CT探测混凝土内部缺陷 . 水利水运工程学报, 2003, (2): 56-60.
    [17] 顾培英,陈迅捷,葛洪.  高性能混凝土本构关系研究 . 水利水运工程学报, 1999, (3): 241-.
    [18] 何蕴龙,段亚辉,蒋忠.  坝工混凝土缺陷的检测与修补技术 . 水利水运工程学报, 1998, (Z1): -.
    [19] 程和森,曹更新,王守家,魏明成.  钢板下浇注混凝土空洞缺陷中子探查新技术 . 水利水运工程学报, 1998, (3): -.
    [20] 超声脉冲法探测混凝土内部缺陷和裂缝技术鉴定会在宁举行 . 水利水运工程学报, 1982, (3): -.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-21
  • 刊出日期:  2017-02-01

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