尺寸效应理论与模型及其应用

尺寸效应是指随着结构尺寸的增大,以强度为代表的力学性能指标有规律地降低的现象。本文主要对目前使用较为广泛的4种尺寸效应理论进行评述,进而阐述学者对不同材料进行的尺寸效应问题试验。在当前尺寸效应理论的基础上,对全尺寸试件的尺寸效应规律进行探讨,并提出结合试验研究以及数值分析模型进行对比验证是今后研究者的重要研究方向。

混凝土断裂参数厚度尺寸效应的定量表征与机理分析

该文主要研究混凝土断裂参数的厚度尺寸效应,所进行的断裂试验属于国际材料与结构试验室联合会(RILEM)TC265-TDK委员会为制定双K断裂参数国际通用规范开展的国际联合试验的一部分。通过5组(共计29根)不同厚度(100~300mm)普通混凝土梁的标准三点弯曲试验,测定了双K断裂韧度KiniIc和KunIc、断裂能GF、特征长度lch等相关断裂参数,并用归一化(无量纲化)方法定量表征了各断裂参数随试件厚度的变化规律。进一步地,基于国内现行《水工混凝土断裂试验规程》(DL/T 5332—2005)中的线弹性断裂韧度计算公式、Weibull尺寸效应理论以及混凝土多轴强度理论,分析了试验所呈现的厚度尺寸效应特征。试验结果和理论分析表明,混凝土各断裂参数均不存在明显的厚度尺寸效应,且各参数的结论可以互相印证。

骨料粒径对混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应影响的试验研究

混凝土材料的宏观力学行为及尺寸效应受细观组分控制,为研究骨料粒径对混凝土劈裂抗拉力学性能及尺寸效应的影响机理,开展骨料最大粒径10、20、30、40mm,边长150、250、350mm,36个立方体试件劈裂抗拉试验,并采用Weibull统计尺寸效应理论进行验证分析。研究结果表明:随着骨料粒径的增大,劈裂破坏路径越为曲折;混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应受骨料粒径影响,小骨料试件的尺寸效应更显著;尺寸效应试验结果与Weibull统计尺寸效应理论相吻合,骨料最大粒径10、20、30、40mm的混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应对应的临界边长分别为332、287、270、262mm。

骨料粒径对混凝土劈拉性能及尺寸效应影响的细观数值研究

混凝土材料宏观力学行为的非线性及尺寸效应根源于其内部组成的非均质性。考虑材料细观结构非均质性的影响,建立由骨料颗粒、砂浆基质和界面过渡区组成的混凝土细观尺度力学模型。对尺寸为150 mm、250 mm、350 mm和450 mm的混凝土立方体模型劈裂抗拉破坏行为进行细观数值模拟,探讨骨料粒径(最大粒径分别为:10 mm、20 mm、30 mm和40 mm)的影响机制,并与试验结果进行对比分析。结果表明:1)混凝土材料的劈裂抗拉强度随着骨料粒径增大而略微降低,最大骨料粒径达到30 mm左右时,强度降低趋势变缓;2)四种骨料粒径下混凝土立方体劈裂抗拉强度均存在尺寸效应现象,相比于大骨料试件,小骨料试件的破坏更具脆性,因而其尺寸效应更显著;3)混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应行为与Ba?ant和Weibull提出的尺寸效应理论相吻合。