【摘 要】
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混凝土类准脆性材料的断裂性能需用非线性的断裂模型来描述,其中的裂缝扩展阻力曲线（即R阻力曲线）表示在裂缝扩展过程中所需能量的变化。混凝土类准脆性材料在裂缝扩展过程中,由于裂缝尖端前部断裂过程区的存在,R阻力将随着裂缝的扩展呈现上升的趋势。R阻力曲线方法能有效反映断裂过程区对混凝土类准脆性材料裂缝扩展的影响,可以预测试件的荷载-位移等结构响应。在材料的断裂性能研究中,R阻力曲线的确定是混凝土断裂力学
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混凝土类准脆性材料的断裂性能需用非线性的断裂模型来描述,其中的裂缝扩展阻力曲线（即R阻力曲线）表示在裂缝扩展过程中所需能量的变化。混凝土类准脆性材料在裂缝扩展过程中,由于裂缝尖端前部断裂过程区的存在,R阻力将随着裂缝的扩展呈现上升的趋势。R阻力曲线方法能有效反映断裂过程区对混凝土类准脆性材料裂缝扩展的影响,可以预测试件的荷载-位移等结构响应。在材料的断裂性能研究中,R阻力曲线的确定是混凝土断裂力学研究的一项重要内容,也是近年来混凝土断裂性能的研究热点之一。本文讨论了R阻力曲线几何相关性,同时在考虑裂缝起裂的基础上,解析得到了一种新的R阻力曲线,进而将该方法应用于预测早龄期约束混凝土的开裂时间,并与试验结果进行了比较。主要研究内容和结论如下:（1）对于混凝土类准脆性材料,R阻力曲线定义为不同尺寸试件所确定的临界能量释放率的包络线。根据试件尺寸的特点,R阻力曲线可分为几何Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类。基于尺寸效应模型得到了适用于三类几何形式试件的R阻力曲线。研究表明:对于几何Ⅰ类,所提出的R阻力曲线方法可以很好地描述混凝土类准脆性材料的荷载-位移响应,R阻力曲线可看作是材料特性。文中提出的用于几何Ⅲ类的R阻力曲线也同样可用于几何Ⅱ类。R阻力曲线的特殊性在于R阻力数值不仅在荷载到达峰值前持续单调增长,在荷载到达峰值后还继续增长,直到达到其稳定值。R阻力曲线表现出的特点与断裂过程区的发展密切相关。（2）通过考虑构件预制裂缝起裂所需的能量,构建了一个适用于混凝土类准脆性材料的三参数R阻力曲线。该R阻力曲线只与材料参数初始断裂能G0、断裂能Gf和临界裂缝扩展长度cf有关,所以理论上该R阻力曲线与尺寸无关。为了探讨R阻力曲线和混凝土软化曲线的关系,分别采用线性和双线性材料软化函数推导得到Rg阻力曲线。线性软化函数得到的Rg阻力曲线与三参数R阻力曲线基本吻合,从而确认软化曲线是决定试件响应的材料特性。（3）对早龄期高性能混凝土进行了一系列材料及断裂性能试验,用于确定构建三参数R阻力曲线及预测约束混凝土开裂所需断裂参数。通过基本力学性能试验得到劈裂抗拉强度、弹性模量等随龄期的变化规律。收缩试验分为自由收缩试验和约束收缩试验。在约束收缩试验中,考虑到预设裂缝长度直接影响约束圆环的开裂敏感性,分别预设15mm、30mm和45mm三种裂缝长度。结果表明预设45mm裂缝的圆环最先开裂。通过三点弯曲梁的断裂试验确定了构建R阻力曲线所需的各项参数随时间的变化规律。（4）基于三参数R阻力曲线方法预测带预设裂缝约束混凝土圆环的开裂时间。将随龄期变化的弹性模量和均匀温度场施加于带预设裂缝的混凝土约束圆环上,得到不同初始裂缝长度下应力强度因子和能量释放率随龄期的变化规律。按照裂缝驱动力相等的原则提出了等效均匀的界面压强pequ,建立了等效压强与混凝土裂缝长度的拟合关系式,从而将现有无裂缝混凝土界面压强理论公式进一步地拓展到含裂缝情况。基于现有的徐变理论及规范,实现了徐变对含裂缝混凝土圆环影响的数值模拟过程。通过对根据裂缝驱动力与裂缝扩展阻力的关系确定的圆环最大允许拉应变和考虑徐变后的实际拉应变的比较,得到含初始裂缝混凝土圆环在约束状态下的开裂时间。该方法获得了试验的验证,可在满足工程上精度的条件下,预测含预设裂缝混凝土圆环的开裂时间。（5）基于三参数R阻力曲线,对不同几何形式约束混凝土环的开裂时间以及不同强度等级的约束混凝土圆环开裂时间进行了预测,预测结果与现有试验结果均具有较好的一致性。这进一步地表明了基于三参数R阻力曲线的数值预测方法的有效适用性。
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