缝高比对碾压混凝土名义断裂韧度的影响.pdf

2 0 1 0年 第 6期 (总 第 2 4 8 期 ) Nu mbe r 6 i n 2 0 1 O ( To t a l No2 4 8) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORETI CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 6 0 0 6 缝高比对碾压混凝土名义断裂韧度的影响 王学志 ，毕重 ，任莉莉 ，翟诚 ，朱朝艳 ( 辽宁工业大学土木建筑 工程学 院 ，辽 宁 锦州1 2 1 0 0 1 ) 摘要： 对不 同缝高 比的碾压混凝土试件进行了楔人 劈拉试验 ， 通过对名 义断裂韧度试验结果进行分析 ， 得到缝 高比对碾压混凝土的断 裂韧度 的影响规律 。将碾压混凝土断裂韧度试验结果与已有的混凝土断裂韧度尺寸效应公 式及 基于 Hu公式得到的断裂韧度 尺寸效应公 式结合 ， 确定 了碾压混凝土名义断裂韧度在缝高比这一 因素影 响下 的公式 。 关键词 ： 碾压混凝土 ；名义断裂 韧度 ；缝 高比 ；试验 中图分类号 ： T U5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编 号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 2 1 0 4 n f l u enc e of c r a ck - dep t h r a t i o on RCC S nomi n al f r a c t ur e t ou ghne s s W ANG X u e - z h i ， BIZ h o n g， REN Li - 1 i ， Z HAICh e n g， ZHU Ch a o - y e m ( C o l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， L i a o n i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， J i n z h o u 1 2 1 0 0 1 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Th e we d g e s p l i ai n g fra c tur e t e s t f o r RCC s pe c i me ns wi t h d i ffe r e n t c r a c k - d e p t h r a t i o s wa s c a r r i e d o u t I n flu e nc e o f c r a c k d e p t h r a t i o o n RC C n o mi n a l fr a c t u r e t o u g h n e s s wa s g o t t e n o n t h e a n a l y s i s o f n o mi n a l fr a c t u r e t o u g h n e s s t e s t r e s u l t s o f RC C C o mb i n i n g t h e t e s t r e s u l t s o f RCC wi th the e x i s t e d s i z e e ffe c t f o r mu l a for fra c t ur e t o u g hn e s s o f c o mmo n c o n c r e t e a n d s i z e e ffe c t f o rm u l a b a s e d o n Hu f o rm ul a ， t h e s u i t a b l e for - mu l a wa s g o e n f o r i n fl u e n c e o f c r a c k- d e p t h r a t i o o n RCC n o mi n a l fra c tur e t o u g hn e s s Ke y w or d s： RCC ； n o m i n a l fra c tur e t o u g h n e s s ； c r a c k - d e p t h r a t i o； t e s t 0 引 言 随着碾压混凝土施工技术 的不 断成熟 ， 碾压混凝 土筑坝技 术 以其 节约水泥用 量 、 简化施工 工艺 、 施工速 度快和工程 造价 低等优点在我国已经得到了极为广泛的应用I 】 。但值得注意的是， 碾压混凝土坝仍然存在常态混凝土坝体中的温度裂缝问题。 因此 ， 对于碾压混凝土的断裂性能进行深入的研究显得十分必要 。我 国在 2 0世纪 9 O年代进行过多次碾压混凝土断裂试验研究并 取得了一些成果f l 。由于在此之前的研究虽然有对碾压混凝土 断裂韧度诸多方 面的探讨 ， 但对于同一配合 比不 同尺寸 碾压混 凝土断裂韧度 的研究报道却 比较少见 ， 不 同缝高 比碾压 混凝土 断裂韧度的研究 报道就更为少见 。这里做 了不 同缝 高比的碾压 混凝土楔入劈拉试验， 并对楔入劈拉试验结果进行分析研究 ， 通 过将试验结果与理论公式相结合， 得到了碾压混凝土的考虑缝 高 比的断裂韧度公式 。 1 碾压混凝 土试件 断裂韧度试验研 究 1 1 试 验设 计 1 1 1 材料的选择和配合比 试验用水为生活用 自来水 ， 水泥为 P O 3 2 5级水泥， 粉煤 灰选用 I I 级粉煤灰， 砂子为天然中砂 ， 筛出粒径大于 5 i n I n的 颗粒， 细度模数大于 2 6 ， 含泥量不大于 2 。 粗骨料采用最大粒 径为 2 0 i n i n的一级配碎石。外加剂为高效减水剂， 试验所用配 合 比如表 l 所示 。 表 1 碾压混凝土配合比 1 1 2 试 件的制作 本次试验采用楔入劈拉试件形式， 碾压混凝土试件为试验 室制作 ， 采用附着式振动器分两次碾压成型， 缝高比为 0 4的试 件如图 1 所示。试件参数及数量如表 2 。 预 制裂缝 大理石 图 1 试件的形状及尺寸简图 表 2 楔入劈拉试件的参数值 1 1 3 试验装置及试验曲线 试验采用 2 0 0 k N电液伺服试验机进行楔入劈拉试验， 采 用等速位移加载方式。典型的试验曲线如图2所示。 收稿 日期 ：2 O 1 0 - 0 1 2 5 基金项 目：国家 自然科学基金 ( 5 0 7 0 9 0 1 3 ) ； 辽宁省教育厅科学技术研究项 目( 2 0 0 6 B 0 5 2 ) 21 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 滩 图 2 裂缝张开 口位移与荷载关 系曲线 1 2 试验结果及分析 1 2 1 断裂韧度计算公式的选用 采用文献 3 】 分析方法。 以试件的中心为原点建立如图3 ( a ) 所示的坐标体系， 受力的情况也画在图 3 ( a ) 中。根据力的平衡 可知 l 2 ， n l ， 2 ， 当左右两边对称的力系分别移向 。 、 日 2 两 点， 图3 ( a ) 的受力体系( 实线表示) 就等效为图 3 ( b ) 的力系( 实 线表示) ， 其中M4 = 1 2 P h D 一 1 2 P e 。 利用力的叠加原理 ， 图 3 ( b ) 可分解为图3 ( c ) 和图3 ( d ) 两种情况。 根据圣维南原理， 图3 ( c ) 又可进一步等效为图 3 ( e ) 。 这样楔入劈拉几何试件的受力情况 j型 童 塔 A 。 l A 2 I PJ 2 D0 一 Be 1 4 0 m，2 rag2 J I f， F l ， 2 1 2 就转化为单边开口受均匀拉力 和单边开口纯弯作用两问题 解 的和 。 单边开口试件受轴拉作用如图3 ( e ) ， 应力强度因子可用下 式来计算 ： - ) ) ( 1 ) 式 中 ： o - = p ( Dx t ) 厂 ( a D) = 1 1 2 2 0 2 3 1 ( a D) + 1 0 5 5 0 ( a D) 一 2 1 7 1 0 ( a D) 3 + 3 0 3 8 2 ( a D 4 o 单边开口试件受纯弯矩作用如图3 ( d ) ， 应力强度因子为阀 K 1 2 =- g ( o l o) ( 2 ) t L 式 中 ： M= l 2 P h D 一 1 2 ， g( a D) = 1 1 2 2 1 4 0 ( a D) + 7 3 3 ( a D) 一 1 3 O 8 ( D) + 1 4 0 ( a i D) 。 叠加式( 1 ) 和式( 2 ) ， 楔入劈拉几何在任何加载时刻裂缝尖 端的应力强度因子表达式为： K r = K + j _( f2 ( 3 ) 1 2 2 试验结果分析 将各试件的最大荷载和原始参数代人式( 3 ) ， 可得各试件 名义断裂韧度试验值， 取其平均值列于图4中。 A l 2 P ： ： P i P d 2 0 P ) 2 f B l B 、 P l 1 4 ；0 i l M Ii mg 2 m ， 2 l fF ， l ， 2 1 2 ( d ) 图 3 试件的受力图及等效受力分析图 缝 高 比 图 4 不同缝 高比断裂韧度平均值 从图4中可以看到，高度为 1 5 0 mm的试件名义断裂韧度 平均值在 O 7 5 - 0 9 MP a m 之间。 观察断裂韧度随缝高比的变 化规律时发现， 随着缝高比的变化， 碾压混凝土的断裂韧度有 变化， 但其变化规律不是单调的。 22 一 a iii x 2 碾压混凝土断裂韧度公式的选择 碾压混凝土作为混凝土的一个种类， 在施工工艺上与普通 混凝土有区别， 但研究表明碾压混凝土断裂韧度尺寸效应规律 与普通混凝土断裂韧度尺寸效应规律总体是相同的。而且 ， 碾 压混凝土虽然是各向异性材料， 但试验中试件的碾压层方向与 裂缝的开裂方向是垂直的。楔入劈拉试验中试件裂缝两侧的受 力是完全对称 的， 沿着高度的方向上 每一层 的碾压混凝土都可 以看做是均质材料 ， 在这个方向上它和普通混凝土具有相同的 性质。也就是说， 碾压混凝土在各向同性的条件下它应该具备 与普通混凝土相近的性质， 同时由于施工工艺的不同， 二者也 4 4 3 3 2 2 1 1 O ， I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 会有一定的差别。 线弹性断裂力学用于混凝土始于 Ka p l a n于 1 9 6 1 年发表 的文章吲， 随后众多的试验结果表明， 净截面名义应力随试件 尺寸的增大而减小， 断裂韧度随试件增大而增大 6 - 7 。 同时关于 混凝 土尺寸 效应公式 的理论 研究 也有很 多 ， 国外有 B a z a n t L 、 C a r p i n t e r i E9 1 、 Hu t 等人 在这 方面进行过深入地研究 ， 国内大连理 工大学的徐世娘 4 1 在这方 面也进行 了深入研究 。 2 i 尺寸 效应公 式 2 1 1 H u和 Wi t t ma n n提出的混凝土断裂韧度尺寸效应公式 H u和 Wi t t ma n n在得 到的混凝 土名 义抗拉 强度 尺寸效 应 公式基础上， 得到了混凝土断裂韧度尺寸效应公式： K ( 4 ) 、 1 + B ( 。 ) o J a ： 式中 ： r 厂裂缝长 度 ； 链 高比， a o = a h ； K 一 试件名义断裂韧度； 一 抗 拉强度 。 对于三点弯曲试件： A( ) = ( 1 - a0 ) 曰 ( ) = ( O t o ) Y ( c t o ) 1 1 2 y ( 0 ) = 0 ) 、 1 T ) = 1 Kk 面 I J 式中： 广无尺寸效应的断裂韧度。 进一步得到了三点 弯曲梁断裂韧度的尺寸效应公式 ： Klc = ( 5) 式中： 馘 件高度； A， 和 B 。 对于给定 的通过试验值 回归得到的参数。 2 1 2 王学志 基于Hu公式提出的名义断裂韧度尺寸效应公 式得到了修改后的公式 式( 4 ) 是缝高比与缝 长两个变量 的函数 。同时 ， 它还与混凝 土无尺寸效应的断裂韧度及抗拉强度有关。当混凝土试件的高 度足够大时， 试验得到的断裂韧度值就不再存在尺寸效应了。 因此 ， 王学 志基 于混凝 土存 在无尺寸效应的断裂韧度这个 事实 研究大小试件之间的名义断裂韧度的尺寸效应关系， 得到修改 后的公式 ： K I - A (O LL L ) 1 + 瓮 f f ： ： ! 1 一 1 ( 6 ) 【 Kb J J 式( 6 ) 中各符号与前面各式的符号意义相同。 与式( 5 ) 相比， 式( 6 ) 中也考虑了缝长及缝高比的影响， 同 时， 它允许大小试件具有不同的缝高比， 对试验条件约束较少 ， 适用范围较广， 式中小试件的名义断裂韧度可比较容易的本文 基于 H u公式得到的名义断裂韧度尺寸效应公式。 H u和 Wi t t ma n n在得到的混凝土名义抗拉强度尺寸效应 公式基础上， 得到了混凝土断裂韧度尺寸效应公式： 一A( 0 ) l ， ( ) 、 ， 1 、 k一一 、 I， 、 进而 ， 得到了只含两个系数的混凝土断裂韧度尺寸效应公式 ： 1 ( 8 ) 式中： A。 ， B 。 I 、 曰 ( 。 ) 、 K 及有关的系数。 由( 8 ) 式可知， 其可通过两个点的试验数据确定。 式( 8 ) 由两个已知数据点及第三点的试件的高度去求得该 点的断裂韧度， 与常规的由已知试件的断裂韧度推知未知试件 的断裂韧度 的断裂韧度尺寸效应公式略有不 同， 而平时在进行 小尺寸试件的试验时都会得到其相对应的断裂韧度。为得到常 用形式的公式， 这里将对式( 8 ) 做一变化。 雠 = 、 ( 9 ) K 、 ( 1 0 ) 式中： 一未知试件的名义断裂韧度； i _ 知试件名义断裂韧度 ， 般为标准试件的断裂韧度； B。与 。 、 曰 ( 。 ) 、 及 O t 有关的系数， 其可通过两个点的 试验数据确定； ， 已知试件的高度； 一 未知试件的高度。 通过试验测得 ， 且不需回归参数 。 进一步得到了包含缝高比和高度的断裂韧度公式： 当只考虑缝高比时， 即已知和未知试件高度相同时， 得到 式 ( 1 2 ) ： K ( 1 + B 。 ) 1 A( 1 ) 厂 ( ) 。 ( 1 2 ) 2 2 考虑缝 高比的碾压混凝土 断裂韧度公 式的试验 结果 对 比 将前面得到的试验结果去除偏差过大的( 偏离平均值超过 1 5 ) 试验值后剩余的试验结果代人式( 1 2 ) ， 得到了碾压混凝土 断裂韧度的理论值 ， 如表 3所示 。 从表 3中可以看出， 理论值与试验值之间部分吻合较好， 说明前面得到的理论公式有一定的适用性， 但其进一步的规律 还有待深入的探讨。 表 3碾压混凝土断裂韧度理论值 23 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3结论 通过对碾压混凝土楔入劈拉试 件的断裂试验结果分析 ， 得 到如下结论 ： ( 1 ) 高度为 1 5 0 m i l l 的试件名义断裂韧度在 0 7 5 0 9 MP a m 之间。 ( 2 ) 碾压混凝土在缝高比这一因素影响下， 断裂韧度是有 变化的， 但不单调变化。 ( 3 ) 基于 H u尺寸效应公式得到常用形式考虑缝高比的碾 压混凝土断裂韧度公式： 0 ( 4 ) 理论值与试验值之间的部分吻合较好， 说明得到的理 论公式有一定的适用性， 但其进一步的规律还有待深人的探讨。 参考文献： 【 1 】 杨华全， 李文伟 水工混凝土研究与应用 M E 京 ： 中国水利水电出 版社 ， 2 0 0 5 f 2 1 张林， 徐进， 陈新， 等碾压混凝土断裂试验研究【 J J 水利学报 2 0 0 1 ， ( 5 ) ： 4 5 4 9 3 】 张秀芳， 徐世煨， 高洪波 混凝土楔入劈拉试件双 K断裂参数叠加计 算及其边界效应叨 大连理工大学学报， 2 0 0 6 ， 4 6 ( 6 ) ： 8 6 7 8 7 4 【 4 】T A D A H， P A R I S P， I R WI N GT h e s t r e s s a n a l y s i s o f c r a c k s h a n d b o o k ， 0 ( 2 n d ， e d n ) M S t L o u i s ： P a ri s P r o d u c t i o n s I n c o r p o r a t e d ， 1 9 8 5 5 KA P L A N M F C r a c k p r o p a g a t i o n a n d t h e f r a c t u r e o f c o n c r e t e J A C I J o u rna l ， 1 9 6 1 ， 5 8 ( 6 ) ： 5 9 0 6 1 0 6 】 徐世煨， 赵国藩 混凝土断裂力学研究【 M 】 大连： 大连理工大学出版 社 ， 1 9 9 1 【 7 】S T A NG E P C， B RY A N T A H E x p e ri m e n t a l t e s t o n c o n c r e t e f r a t u r e J J o u r n a l o f t h e En g i n e e r i n g Me c h a n i c s Di v i s i o n ， AS CE， 1 9 7 9， 1 0 5 ( E M2 ) ： 3 3 7 3 4 3 8 B A Z A N T z P S i z e e f f e c t i n b l u n t f r a c t u r e ： c o n c r e t e ， r o c k ， me t a l【 J J o u ma l o f E n g i n e e ri n g Me c h a n i c s ， 1 9 8 4 ， 1 1 0 ( 4 ) ： 5 1 8 - 5 3 5 9 C AR P I N T E R I A， C HI A I A B， F E R R O G S i z e e f f e c t s o n n o m i n a l t e n s i l e s t r e n g h o f c o n c r e t e s t r u c t u r e s ： mu h i f r a c t ali t y o f ma t e r i a l l i g a me n t s a n d d i me n s i o n a l t r a n s i t i o n f r o m o r d e r t o d i s o r d e r J Ma t e ri al s a n d S t r u c t u r e s ， 1 9 9 5 ， 2 8 ( 1 8 o ) ： 3 1 1 - 3 1 7 f 1 0 D U AN K， H U X Z， WI T T MA N N F H J S i z e e f f e c t o ff f r a c t u re r e s i a s t ane e a n d f r a c t u r e e n e r g y o f c o n c r e t e J Ma t e ri a l s a n d S t r u c t u r e s ， 2 0 0 3， 3 6： 7 4 8 0 1 1 王学志， 毕重， 张小刚， 等碾压混凝土断裂韧度尺寸效应的试验研 究 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 7 ， 2 9 ( 6 ) ： 5 4 5 7 作者简介 单位地址 联系电话 王学志( 1 9 7 6 一 ) ， 男， 副教授， 博士， 主要从事混凝土断裂研 究工作。 辽宁省锦州市古塔区土英街 1 6 9 号 辽亍工业大学土木建 筑学院( 1 2 1 0 0 1 ) l 3 3 8 4 2 6 6 0 5 8 6 S店遍地开花三一再掀行业革命 0 0 0 0 0 c 2 0 1 0年 3 月 1 8日， 三一重工江苏南京 6 s店隆重开业。 十天后， 三 三 一重T重庆 6 s 店开业。 紧接而来的4月 8日， 三一成都 6 s 店 开业， 这已是继广东、 新疆 、 湖北之后， 三一在国内投入运营的第六家 6 s店。这样的速度， 让所有的同行和媒体都有些应接不暇， 而 对三一来说， 一场服务升级的大幕才刚刚拉开一角， 未来的 1 2年， 三一将在全国开出2 6 家 6 s店。届时， 不仅已销售到各地的三一 产品可以在当地的“ 娘家” 享受方便的维修保养 ， 全国各地的客户也能充分感受到三一 6 s店“ 一专全能、 一站无忧” 式的服务。 由于工程机械产品的特殊性， 过去客户购买产品大多是根据同行推荐和营销代表的描述， 很难亲 自选购自己的产品， 更无法亲 身体验产品性能， 购买设备后的维修保养也不方便。如何解决这一难题?三一从汽车4 s店的营销模式上找到了突破口。在充分吸 收汽车行业 4 s店销售服务模式精髓后， 结合工程机械行业 自身特点， 三一在业内率先引入 6 s店概念。 相比汽车4 S店， 集整车销售 ( S a l e ) 、 零配件供应( S p a r e p a r t ) 、 售后服务( S e r v i c e ) 、 信息反馈( S u r v e y ) 、 产品展示( S h o w) 、 专业培训( S c h o o 1 ) 六位一体的三一 6 s 店， 具有更宏大的店面( 每个 6 s店占地近百亩) ， 具备更加强大的营销和服务功能。 2 0 0 6年 3 月 1 8日， 三一在广州黄埔区云埔工业园成立三一广州 6 s 店 ， 被誉为“ 中国工程机械第一店” ， 在业内引起轰动。当时 在接受记者采访时，三一重工执行总裁易小刚表示： “ 6 s店是三一人打造世界级工程机械品牌的一个具有战略意义的重大举措， 通 过 6 S店将各种资源进行整合和实现最大的优化， 成为连接三一与客户的桥梁， 让客户尽享一站式的无忧服务。未来三一将在各大 城市开出 6 s店， 为客户提供更加贴心的服务” 。如今， 三一广JJ l l 6 s 店已运营四年， 这种近乎将生产车间、 储备仓库和培训中心搬到 销售现场的全新模式， 凸显了 6 s店“ 产品现场展示” 、 “ 一站式服务” 、 “ 系统解决方案” 等优点 ， 不仅使该区域的销售获得增长， 更稳 固了三一 的市场地位 。 正是由于越来越多的客户对三一的品质和服务深深认同， 三一在市场上才能一路领先， 销售业绩不断突破新高。2 0 0 9年， 三一 创下了3 0 6 亿元的销售纪录， 其中混凝土机械销售额首次突破 1 0 0超过 1 0 0 亿元大关。， 现已成为全球最大的混凝土机械制造商， 旗下的泵车、 拖泵、 搅拌站、 沥青砂浆车等产品的销量均已名列全球第一 ， 混凝土成套品牌更是跨人了世界顶尖行列， 成为民族品牌 的卓越代表今天， 三一作为全球最大的混凝土机械制造基地， 旗下的泵车、 拖泵、 搅拌站、 沥青砂浆车等产品的销量均已名列全球第 一 ，混凝土成套品牌更是跨人了世界顶尖的行列， 成为了民族品牌的卓越代表。目前已全面进入工程机械制造领域的三一， 正形成 以长沙总部为核心 ， 上海、 沈阳、 北京 、 昆山产业园为支撑， 印度、 美国、 德国三大海外研发与制造基地相呼应的全球发展格局。今年 一 季度， 三一的销售就已破百亿。对此， 三一集团董事长梁稳根说： “ 如果说三一取得了一些成就， 那么成功的基础就是来自于我们 对市场和用户需求的深刻理解。在工程机械行业市场竞争 日益激烈的今天， 产品质量已不再是企业竞争力的唯一指标， 把服务做好 才是企业获得发展的源泉。” 2 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m