本發(fā)明屬于土木與水利工程材料性能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及由小尺寸試件確定無尺寸效應(yīng)的混凝土起裂韌度的方法。

背景技術(shù)：

帶裂縫的混凝土試件的起裂荷載對應(yīng)的應(yīng)力強度因子，即為其起裂韌度大量研究表明，混凝土的起裂韌度存在明顯的尺寸效應(yīng)。若要得到與試件尺寸無關(guān)的起裂韌度，則須澆筑較大尺寸試件；比如對骨料粒徑在10mm-40mm的試件，三點彎曲或者楔入劈拉試件的高度d需達到600mm或超過1000mm。若采用小尺寸試件，則起裂韌度的尺寸效應(yīng)又不可避免。如何由處于彈塑性斷裂條件下的小尺寸試件(比如試件高度d＝100mm-400mm的試件)，來確定無尺寸效應(yīng)的混凝土真實起裂韌度，是亟待解決的科學(xué)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

目前，測定無尺寸效應(yīng)的混凝土起裂韌度需要的試件尺寸較大，普通實驗室條件下較難完成試樣的澆筑和測試工作。若采用小尺寸試件，則起裂韌度的尺寸效應(yīng)又不可避免。為克服現(xiàn)有測定方法的不足，本發(fā)明提供一種由小尺寸試件確定無尺寸效應(yīng)的混凝土起裂韌度的方法。

本發(fā)明的目的是以下述方式實現(xiàn)的：

一種由小尺寸試件確定無尺寸效應(yīng)的混凝土起裂韌度的方法，包括以下步驟：

(1)按給定的混凝土配合比要求，制作一定數(shù)量的尺寸為d×b×l的混凝土試件，其中，d為試件高度，b為試件厚度，l為試件有效跨度；

(2)在普通的壓力試驗機或者萬能試驗機上，按靜力加載試驗方法加載，試驗過程中記錄每個試件的起裂荷載pini；

(3)基于步驟(2)所得的每個試件的起裂荷載pini，計算出每個試件的名義強度σn；

(4)計算出每個試件的幾何參數(shù)a；

(5)基于由外推法確定無尺寸效應(yīng)的無限大板參數(shù)的方法，將步驟(3)、步驟(4)所得的不同試件的σn與相應(yīng)的a值，帶入下式(1)進行回歸分析：

即可得出無尺寸效應(yīng)的混凝土的起裂韌度以及初裂強度

在所述步驟(3)中，對三點彎曲梁試件，名義強度σn(pini)的計算公式為：

對楔入劈拉試件，名義強度σn(pini)的計算公式為：

其中，pini為實測各試件起裂荷載；d為試件高度；l為試件有效跨度；b為試件厚度；a0為初始裂縫長度。

步驟(1)中，試件選取的方式為：采用具有相同試件高度d但初始裂縫長度a0不同的試件，試件初始縫高比α選擇3-6種，每個初始縫高比α對應(yīng)2-4個試件，其中試件的初始縫高比α＝a0/d為0.10、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65或0.70。

步驟(1)中，試件選取的方式為：采用具有相同初始縫高比α，但試件高度d不同的試件，試件高度d選擇3-6種，每個試件高度d對應(yīng)2-4個試件，其中試件的初始縫高比α＝a0/d＝0.20-0.60。

所述步驟(4)中幾何參數(shù)a的計算方法為：

(1)對于三點彎曲梁試件，幾何參數(shù)a由下式(3a)-(3d)計算：

a＝0.8[(1-α)²×b(α)]²×a0式(3a)；

當(dāng)l/d＝2.5時，

當(dāng)l/d＝4時，

當(dāng)l/d＝8時，b(α)＝1.106-1.552α+7.71α²-13.53α³+14.23α⁴式(3d)；

當(dāng)l/d為其他值時，可按線性插值的方法處理求解；

(2)對楔入劈拉試件，幾何參數(shù)a由下式(4a)-(4b)計算：

其中，α為縫高比，α＝a0/d；a0為初始裂縫長度；b(α)為幾何影響參數(shù)。

本發(fā)明的有益效果在于：現(xiàn)有測定無尺寸效應(yīng)的混凝土起裂韌度需要的試件尺寸較大，普通實驗室條件下較難完成試樣的澆筑和測試工作。若采用小尺寸試件，則起裂韌度的尺寸效應(yīng)又不可避免。而本發(fā)明的方法形式簡單，試驗易操作，具有足夠精度，且易判斷結(jié)果合理性。本發(fā)明基于漸進外推的思想，及彈塑性斷裂力學(xué)理論分析，由有限尺寸試件的試驗數(shù)據(jù)，外推出無限大板試件的材料參數(shù)(無限大板的材料參數(shù)無尺寸效應(yīng))。因此，只需由小尺寸試件的起裂荷載，即可確定無尺寸效應(yīng)的混凝土起裂韌度不需要滿足現(xiàn)行國內(nèi)外規(guī)范對試驗試樣尺寸、型式，加載條件等的嚴(yán)格規(guī)定，并且雙邊拉伸試件在試驗過程中的穩(wěn)定性又好于單邊拉伸試件，更易于操作。

附圖說明

圖1是實施例1由相同試件尺寸而不同縫高比的三點彎曲梁試件確定混凝土起裂韌度的示意圖。

圖2是實施例2由不同試件尺寸而相同縫高比的三點彎曲梁確定混凝土起裂韌度的示意圖。

圖3是實施例3由相同試件尺寸而不同縫高比的楔入劈拉試件確定的混凝土起裂韌度的示意圖。

圖4是實施例4由不同試件尺寸而相同縫高比的楔入劈拉試件確定混凝土起裂韌度的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例來說明本發(fā)明的具體實施方式，但以下實施例只是用來詳細(xì)說明本發(fā)明，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

一種由小尺寸試件確定無尺寸效應(yīng)的混凝土起裂韌度的方法，包括以下步驟：

(1)按給定的混凝土配合比要求，制作一定數(shù)量的尺寸為d×b×l的混凝土試件，其中，d為試件高度，b為試件厚度，l為試件有效跨度；

(2)在普通的壓力試驗機或者萬能試驗機上，按靜力加載試驗方法加載，試驗過程中記錄每個試件的起裂荷載pini；

(3)基于步驟(2)所得的每個試件的起裂荷載pini，計算出每個試件的名義強度σn；

(4)計算出每個試件的幾何參數(shù)a；

(5)基于由外推法確定無尺寸效應(yīng)的無限大板參數(shù)的方法，將步驟(3)、步驟(4)所得的不同試件的σn與相應(yīng)的a值，帶入下式(1)進行回歸分析：

即可得出無尺寸效應(yīng)的混凝土的起裂韌度以及初裂強度

在所述步驟(3)中，對三點彎曲梁試件，名義強度σn(pini)的計算公式為：

對楔入劈拉試件，名義強度σn(pini)的計算公式為：

其中，pini為實測各試件起裂荷載；d為試件高度；l為試件有效跨度；b為試件厚度；a0為初始裂縫長度。

步驟(1)中，試件選取的方式為：采用具有相同試件高度d但初始裂縫長度a0不同的試件，試件初始縫高比α選擇3-6種，每個初始縫高比α對應(yīng)2-4個試件，其中試件的初始縫高比α＝a0/d為0.10、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65或0.70。

步驟(1)中，試件選取的方式為：采用具有相同初始縫高比α，但試件高度d不同的試件，試件高度d選擇3-6種，每個試件高度d對應(yīng)2-4個試件，其中試件的初始縫高比α＝a0/d＝0.20-0.60。

所述步驟(4)中幾何參數(shù)a的計算方法為：

(1)對于三點彎曲梁試件，幾何參數(shù)a由下式(3a)-(3d)計算：

a＝0.8[(1-α)²×b(α)]²×a0式(3a)；

當(dāng)l/d＝2.5時，

當(dāng)l/d＝4時，

當(dāng)l/d＝8時，b(α)＝1.106-1.552α+7.71α²-13.53α³+14.23α⁴式(3d)；

當(dāng)l/d為其他值時，可按線性插值的方法處理求解；

(2)對楔入劈拉試件，幾何參數(shù)a由下式(4a)-(4b)計算：

其中，α為縫高比，α＝a0/d；a0為初始裂縫長度；b(α)為幾何影響參數(shù)。

實施例1：

本實施例1試驗所用試件為相同試件尺寸不同縫高比的混凝土，其尺寸l×b×d＝320×40×80mm，初始縫高比α＝a0/d＝0.3-0.6。

基于實測的起裂荷載pini，由式(2a)可計算出每個試件的名義強度σn(pini)，由式(3a)-(3d)計算每個試件的幾何參數(shù)a，得到不同的σn(pini)與a后，帶入式(1)進行回歸分析，即可得出混凝土的起裂韌度

實施例1試驗數(shù)據(jù)回歸確定的混凝土起裂韌度結(jié)果參見圖1。

由本發(fā)明方法確定起裂韌度為0.69mpa·m^1/2，與由雙k理論計算的起裂韌度0.71mpa·m^1/2相吻合。

實施例2：

本實施例2試驗所用試件為相同縫高比而不同試件尺寸的混凝土，初始縫高比α＝a0/d＝0.5，其尺寸l×b×d依次為：600×200×150mm，800×200×200mm，1200×200×300mm，1600×200×400mm。

基于實測的起裂荷載pini，由式(2a)可計算出每個試件的名義強度σn(pini)，由式(3a)-(3d)計算每個試件的幾何參數(shù)a，得到不同的σn(pini)與a后，帶入式(1)進行回歸分析，即可得出混凝土的起裂韌度

實施例2試驗數(shù)據(jù)回歸確定的混凝土起裂韌度結(jié)果參見圖2。

由本發(fā)明方法確定起裂韌度0.73mpa·m^1/2，與由雙k理論計算的起裂韌度0.67mpa·m^1/2基本吻合。

實施例3：

本實施例3試驗所用試件為相同縫高比而不同試件尺寸的混凝土，初始縫高比α＝a0/d＝0.5，其試件高度d依次為：100mm，200mm，300mm，400mm,厚度b為統(tǒng)一值100mm。

基于實測的起裂荷載pini，由式(2b)可計算出每個試件的名義強度σn(pini)；由式(4a)-(4b)計算每個試件的幾何參數(shù)a。得到不同的σn(pini)與a后，帶入式(1)進行回歸分析，即可得出混凝土的起裂韌度

實施例3試驗數(shù)據(jù)回歸確定的混凝土起裂韌度結(jié)果參見圖3。

由本發(fā)明方法確定起裂韌度0.66mpa·m^1/2，與由雙k理論計算的起裂韌度0.42-0.68mpa·m^1/2相吻合。

實施例4：

本實施例4試驗所用試件為相同試件尺寸不同縫高比的混凝土，其試件高度d＝200mm，厚度b＝200mm,初始縫高比α＝a0/d＝0.3-0.6。

基于實測的起裂荷載pini，由式(2b)可計算出每個試件的名義強度σn(pini)；由式(4a)-(4b)計算每個試件的幾何參數(shù)a，得到不同的σn(pini)與a后，帶入式(1)進行回歸分析，即可得出混凝土的起裂韌度

實施例4試驗數(shù)據(jù)回歸確定的混凝土起裂韌度結(jié)果參見圖4。

由本發(fā)明方法確定起裂韌度為0.61mpa·m^1/2，與由雙k理論計算的起裂韌度0.50-0.62mpa·m^1/2相吻合。

對所公開實施例的上述說明，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多處修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離發(fā)明的精神或范圍的前提下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不限制于本文所顯示的這些實施例，而是要符合與本文公開原理和新穎特點相一致的最寬范圍。