介绍

混凝土材料由于裂缝的形成和发展造成的破坏。混凝土由于施工期温度控制不当或其他原因，会出现微细裂缝。在工作期间，由于荷载和温度变化等因素，这些微细裂缝会发展，部分连通、合并成一条或多条宏观裂缝并逐步扩展，最终可能导致结构破坏。传统的强度计算方法没有考虑裂缝对结构强度的影响。从20世纪60年代开始，混凝土断裂的研究就引起了人们的重视，提出了不同的分析方法和分析模型。　　断裂力学方法 　研究材料和工程结构中裂缝产生及扩展规律的学科称断裂力学。由于断裂力学在金属材料中得到广泛应用，从1961年开始，美国人M.F.卡普兰及其他学者将线弹性断裂力学方法应用于混凝土，采用应力强度因子和能量释放率作为判断裂缝是否失稳扩展的断裂参量，在混凝土（包括钢筋混凝土）断裂的研究上取得了成果。但是，对断裂力学能否用于混凝土还存在着争论，主要是断裂韧度（应力强度因子和能量释放率的临界值）存在尺寸效应，理论上没有正确反映裂缝尖端附近的物理力学状况等。　　虚裂缝模型 　1976年瑞典学者A.希勒伯格提出虚裂缝模型。这一模型认为混凝土结构中宏观裂缝尖端附近存在着损伤区（微裂缝区），裂缝尖端应力不是无限大。当裂缝尖端的拉应力达到材料的抗拉强度后，形成损伤区，在损伤区内的材料并不完全断开，因而仍能承受一定的拉应力，拉应力的数值将随损伤区宽度方向变形的增加而减小，这一现象称应变软化。损伤区的长度称为虚裂缝。消耗于完全张开的单位裂缝面的能量称为断裂能。材料的特性可由抗拉强度、弹性模量及断裂能所决定。利用这一分析模型和有限元方法结合可以分析裂缝的形成和发展。但是，无法求出基于这一模型的解析解，对于二向或三向应力状态下，应变软化阶段的应力应变关系尚需进行实验研究。　　损伤力学方法 　物体内微缺陷或微裂纹的存在及发展导致材料力学性能变化的现象称为损伤。将损伤的力学效应通过“损伤变量”引入连续介质力学，形成了损伤力学的理论和方法，可用来描述受损伤材料的力学行为。1958年,Л.Μ.卡恰诺夫在研究蠕变断裂时，首先提出了损伤力学的基本概念和方法。70年代后期，由于原子能工业和航天技术方面遇到的新问题，损伤问题的研究开始受到重视并逐渐发展。在一维问题中，设损伤变量D=(A-┯)/A。式中A为体积元的面积；┯为体积元产生损伤后的有效承载面积。D=0,对应无损状态；D=1,对应于完全损伤；0D1,对应不同的受损状态。设勎为有效应力（有效承载面积上的应力），则由平衡条件可得：式中勎=P/A为名义应力。D则可由拉伸试验全过程(包括应变软化阶段）中卸载时的弹性模量确定。随着荷载的增加，损伤在发展，损伤变量也随之变化。在各向同性损伤情况,损伤变量是一标量；在各向异性损伤情况,损伤变量是一张量。从一维损伤的研究可推广到二维或三维损伤问题。选择恰当的损伤变量，建立符合实际现象的损伤演变方程，通过有效应力的概念可建立受损材料的本构方程（见材料的力学本构关系），进而可求出结构受力后的应力和应变以及损伤区域，根据一定的损伤判据，可以分析结构中损伤区域的形成和发展。　　参考书目　　F.H.　Wittmann, ed.,Fracture　Mechanics　of Concrete,Elsevier Science Publishers, Amsterdamnetherlands,1983.　　L.M. Kachanov,Introduction to Continum damage Mechanics,Martinus Nijhoff Publishers,Dordrecht,Nether-lands,1986.

《混凝土断裂试验与断裂韧度测定标准方法》为配合国家发展和改革委员会2005年11月颁布的我国第一部混凝土断裂试验行业标准——中华人民共和国电力行业标准（DL/T5332-2005）《水工混凝土断裂试验规程》的实施，从规程编制的角度，简要地介绍了混凝土断裂力学的基本概念、原理和双K断裂准则，并详细介绍了该规程规定的测定混凝土断裂韧度的楔入劈拉试验方法和三点弯曲切口梁试验方法，以及依据所测定的试验数据计算混凝土的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度的计算方法和基本公式，还对规程相关条文进行了解释和说明。为方便规程实施，还介绍了应力强度因子的有限元计算方法和水工混凝土裂缝类型和实例。

前言

作者简介

第一章绪论

1.1混凝土损伤与断裂的研究现状

1.1.1混凝土的损伤与断裂过程

1.1.2混凝土断裂力学的研究现状

1.1.3混凝土损伤力学的研究现状

1.1.4混凝土断裂的随机概率模型

1.2混凝土损伤与断裂的细观研究尺度及模型

1.2.1细观力学的研究尺度

1.2.2混凝土的细观结构特征

1.2.3研究混凝土损伤与断裂过程的细观模型

参考文献

第二章混

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前言

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 混凝土的破坏过程和机理

1.3 混凝土断裂损伤力学研究进展

1.3.1 混凝土断裂损伤破坏过程理论研究进展

1.3.2 混凝土断裂损伤破坏过程数值研究进展

1.4 混凝土断裂参数试验研究与变形测试技术

1.4.1 光纤传感技术在混凝土结构变形测量中的应用

1.4.2 大坝混凝土断裂特性理论与试验研究

1.4.3 纤维混凝土断裂特性理论与试验研究

1.5 本书主要研究内容

参考文献

第2章 混凝土断裂损伤基础

2.1 概述

2.2 混凝土损伤力学基本概念

2.2.1 混凝土损伤破坏机理

2.2.2 混凝土损伤理论

2.2.3 混凝土损伤本构模型

2.3 线弹性断裂力学

2.3.1 裂缝的类型

2.3.2 裂缝尖端应力场与位移场

2.3.3 应力强度因子的计算

2.3.4 断裂判据

2.4 混凝土断裂力学模型

2.4.1 虚拟裂缝模型

2.4.2 钝裂缝带模型

2.4.3 尺寸效应模型

2.4.4 双K断裂模型

参考文献

第3章 混凝土静、动力损伤本构理论

3.1 概述

3.2 单拉状态下混凝土动力损伤本构模型

3.2.1 混凝土动力损伤及其演化规律

3.2.2 混凝土单拉动力损伤本构方程

3.2.3 损伤阈值应变与极限应变讨论

3.2.4 应用举例

3.3 单压状态下混凝土动力损伤本构模型

3.3.1 混凝土静力损伤本构方程

3.3.2 混凝土动力损伤本构方程

3.3.3 损伤阈值应变与极限应变讨论

3.4 考虑初始弹模变化的混凝土动力损伤本构模型

3.4.1 混凝土动力损伤及其演化规律

3.4.2 混凝土单轴动力损伤本构方程

3.4.3 损伤阈值应变与极限应变讨论

3.4.4 应用举例

3.5 双剪状态下混凝土静、动力损伤本构模型

3.5.1 混凝土静力双剪损伤本构理论

3.5.2 混凝土动力双剪损伤本构理论

3.5.3 应用举例

3.6 混凝土的孔隙黏塑性损伤本构模型

3.6.1 干燥混凝土的黏塑性损伤本构模型

3.6.2 饱和混凝土孔隙黏塑性损伤本构模型

3.6.3 真实水荷载下饱和混凝土的孔隙黏塑性损伤本构模型

参考文献

第4章 混凝土静、动力断裂损伤模型

4.1 概述

4.2 混凝土Ⅰ型裂缝静、动力断裂损伤模型

4.2.1 混凝土Ⅰ型裂缝静力断裂损伤判据

4.2.2 混凝土Ⅰ型裂缝动力断裂损伤判据

4.2.3 算例分析

4.3 混凝土Ⅱ型裂缝静、动力断裂损伤模型

4.3.1 混凝土Ⅱ型裂缝静力断裂损伤判据

4.3.2 混凝土Ⅱ型裂缝动力断裂损伤判据

4.3.3 允许损伤尺度RⅡc的确定

4.4 混凝土Ⅲ型裂缝静、动力断裂损伤模型

4.4.1 混凝土Ⅲ型裂缝静力断裂损伤判据

4.4.2 混凝土Ⅲ型裂缝动力断裂损伤判据

4.4.3 允许损伤尺度RⅢc的确定

4.5 混凝土复合型裂缝静、动力断裂损伤判据

4.5.1 混凝土I、Ⅱ复合型裂缝静力断裂损伤判据

4.5.2 混凝土I、Ⅱ复合型裂缝动力断裂损伤判据

4.5.3 允许损伤尺度R（Ⅰ Ⅱ）c的确定

参考文献

第5章 基于峰值荷载的混凝土起裂断裂韧度的研究

5.1 概述

5.2 基于峰值荷载的混凝土起裂断裂韧度实用解析方法

5.2.1 混凝土起裂断裂韧度的计算模型

5.2.2 试验验证与分析

5.2.3 起裂断裂韧度对软化曲线形状的敏感性分析

参考文献

第6章 混凝土结构裂缝尖端变形测量

6.1 概述

6.2 光纤传感器测量混凝土变形的基本原理

6.2.1 光纤传输的基本原理

6.2.2 埋入式光纤传感器与周围介质问的相互作用机理

6.2.3 MC-6型光纤应变测量仪简介

6.2.4 光纤传感器的制作与埋入

6.3 单拉状态下光纤传感器测量混凝土变形的力学模型

6.3.1 光纤传感器测量混凝土应变的力学模型

6.3.2 试验验证

6.4 光纤传感器测量混凝土结构裂缝尖端变形

6.4.1 试验概况

6.4.2 试验结果与分析

参考文献

第7章 大坝混凝土断裂参数试验研究与分析

7.1 概述

7.2 三峡重力坝大坝混凝土断裂参数的试验测定

7.2.1 基于裂缝黏聚力的双K断裂参数的计算方法

7.2.2 试验概况

7.2.3 电测法研究混凝土裂缝扩展规律

7.2.4 试验结果与分析

7.3 溪洛渡拱坝大坝混凝土断裂参数的试验测定

7.3.1 试验概况

7.3.2 试验结果与分析

参考文献

第8章 纤维对混凝土裂缝的抑制作用及机理分析

8.1 概述

8.2 纤维混凝土增强增韧机理研究进展

8.2.1 纤维轴向拉拔模型

8.2.2 纤维斜向拉拔模型

8.3 纤维混凝土异型纤维轴向拉拔破坏模型

8.3.1 异型钢纤维轴向拉拔试验

8.3.2 异型纤维轴向拉拔力学模型

8.3.3 计算结果比较与分析

8.4 纤维混凝土纤维斜向拉拔破坏模型

8.4.1 纤维斜向拉拔试验

8.4.2 纤维斜向拉拔力学模型

8.4.3 计算结果与分析

参考文献

第9章 大体积混凝土结构断裂损伤数值模拟方法及工程应用

9.1 概述

9.2 传统有限元法模拟大体积混凝土结构温度裂缝

9.2.1 有限元分析温度裂缝的基本原理

9.2.2 算例分析

9.3 扩展有限元法模拟大体积混凝土结构温度裂缝

9.3.1 扩展有限元法的基本原理

9.3.2 算例分析

参考文献 2100433B