毕业论文-混凝土裂纹扩展的实验研究.docx

混凝土裂纹扩展的实验研究 摘要 混凝土是一种多相复合材料，因其方便取材、适用性强、耐久性好等优点，被广泛应用于实际工程中。由于混凝土材料的复杂性，在制作、施工以及使用等一系列过程中难免会出现一些微小的裂缝或者其他缺陷，这些裂缝或者缺陷会在某种应力状态下逐渐扩展，并最终造成构件的断裂破坏。本文以楔入劈拉实验为基础，采用无损检测的光学测量方法数字图像相关方法（DIC）进行测量，从试验验证、理论分析、数值模拟等方向开展了以下的研究工作：1.采用高分辨率摄像机采集实验图像，通过数字图像相关方法对图片进行后处理，可以计算出试件表面每一点的应变量。通过对应变云图的分析，研究了混凝土裂纹扩展。2.基于试件表面的数字图像，建立了反映真实骨料形状和分布的二维有限元模型，借助大型的有限元分析软件ABAQUS，采用混凝土损伤塑性模型对楔入劈拉试件进行数值模拟，直观地了解混凝土开裂的全部过程，同时比较分析已有结果与计算结果，对于模型可行性和参数选取的合理性进行验证，并指出了模型存在的不足。 模拟结果与实验结果非常吻合，很好了反映了混凝土事件被损坏的发展途径。进而提供了分析混凝土的很好的理论依据和参考价值。结果表明混凝土微裂纹往往出现在砂浆和骨料的边界处，并由此发展，此方法可以预判混凝土破坏位置，可以用于结构监测检测。 第一章绪论 1.1课题背景及意义 随着科学技术的发展，人们对混凝土的结构形式、工作环境和使用功能等的要求都有了巨大的变化。随着结构形式由单纯的一般房屋建筑结构扩展到重力式海洋平台、高拱坝、核电站混凝土保护层和大跨度混凝土桥梁等复杂结构，结构的工作环境和荷载作用也变得更加复杂，导致许多新的工程和力学现象不断地出现，使得对混凝土破坏理论的研究必须向更深的层次发展，以适应工程实际的需要。混凝土是一种特别有用的建筑材料，它已经走过了一百多个春夏秋冬，而且原有材料十分广泛，价格低廉，生产工艺简单，可塑性好，且不易风化，养护费用、维修费用低，环境污染少的特点，因此混凝土的用量逐年升高，成为当今建筑结构乃至其他建设性工程中使用最广泛的建筑材料之一。混凝土是一种多相复合材料其破坏和断裂机理非常复杂，要了解混凝土断裂机理解决混凝土结构物的裂缝扩展问题，首先需要正确测定混凝土断裂参数和了解混凝土失稳断裂前裂缝扩展过程与缝端附近区域的物理特性及其力学行为。因此，在混凝土断裂力学研究中直接观察混凝土试件失稳断裂前裂缝稳定扩展过程对于进一步研究混凝土的断裂机理和断裂特性有着重要的学术意义和实际应用价值。混混凝土结构被破坏，实质为材料裂开，还由于它是一种脆性很强的材料，往往很小的裂纹一旦发生扩展或者裂纹群集结，就会在很短时间产生巨大破坏。而在破坏前期，因为裂纹很小可能对整体结构的应力和变形并没有太大影响。混凝土裂缝的萌生和扩展一般发生在结构表面，所以可以采用数字图像相关方法进行研究。 在现代的实际工程应用中，获得材料的位移和应变信息并对材料的变形和力学性能进行深入研究具有重要的意义。而传统的接触式测量工具和传统的光学测量方法，由于其局限性已经不能再满足测量要求。随着计算机技术的发展和新的存储元件的开发应用，实验力学中出现了一些新的方法。有关的数字图像办法当成光学测量法的一种新类别，把它用在土木结构的变形测量当中，跟传统办法比较，优势明显。 非接触测量办法。对于接触测量来说，均需要有稳固的参考点或者是基准梁去安置传感器，而对大型的空间结构来说，比如跨度较大的桥梁挠度，对高层建筑的结构位移检测，都基本上或者找不到这种固定的基准参照点。此时，非接触测量便能充分发挥其优 势了。此外，这种测量办法也不会由于接触被测量的建筑结构的变形或者受力等产生任何影响。 2、全场测量。利用数字图像的测量办法能够测量出全部被测区应变场或者位移场。对构件局部变形的研究而言，特别重要，比如构件应力的关键部分，集中区，等的应变场或者位移分布均对研究或设计结构特别重要。当前，绝大多数方法基本上不能用于全场测量，所以，全长测量就是至关重要的。 3、一次测量法不但能够得到应变还能够知道位移。使用数字图像法来测量，仅仅需要采集一次图像数据便能够通过计算的方法来获知应变与位移，但是传统 办法若要得到应变或者位移，必须用到几种不一样的测量方法，例如，使用传感器进行位移的测量，使用电阻应变法进行应变的测量等。毋庸置疑，测量工作成倍增加，而且两类测量过程能够相互影响，相互制约。 4、采集数据的过程特别简单。有关数字图像的数据采集一般来说过程都很简洁，不需要激光光远，采用自然光即可，仅简单处理构件的表面就能够满足要求。无需复杂的采集前准备工作，不用安装应变片，传感器等。数字图像法有那么多可见优势，然而，当前这种办法依然没有广泛应用于土木结构的变形测量之中。 研究并完善数字图像测量办法，让计算速度与精准度更高，从