[发明专利]一种考虑混凝土材料内部裂缝扩展的断裂韧度求解方法

说明书

本发明为一种考虑混凝土材料内部裂缝扩展的断裂韧度求解方法，利用颜色染料对裂缝扩展的截面进行上色，然后利用上色后的截面投影面积获得考虑混凝土材料内部裂缝扩展情况的平均裂缝扩展长度，能够获得考虑内部裂缝扩展的断裂韧度，与真实断裂韧度值较为接近，该方法在科研与实际工程领域中可以得到推广应用。

技术领域

本发明涉及断裂力学理论领域，特别涉及一种考虑混凝土材料内部裂缝扩展的断裂韧度求解方法。

背景技术

对于混凝土材料而言，受浇筑振捣、养护环境及水泥水化热散发不充分等因素影响，内部存在一定的初始微裂纹缺陷，当受外力作用产生断裂破坏时，内部初始微裂纹逐渐扩展贯穿，最终裂缝延伸至材料表面。

Vantadori等(Vantadori S,Carpinteri A,Fortese G,et al.Mode I fracturetoughness of fibre-reinforced concrete by means of a modified version ofthetwo-parameter model[J].Procedia Structural Integrity,2016,2:2889-2895)和Qing等(Qing LB,Cao GR,Guan JF,et al.Experimental method for determining thefracture toughness of concrete based on the modified two-parameter model andDIC technique[J].FatigueFracture ofEngineering MaterialsStructures)分别采用理论方法和数字图像相关(DIC)方法获得了混凝土试件表面的裂缝扩展长度，再根据裂缝扩展长度计算得到了断裂韧度。上述研究在进行断裂韧度求解时，均未考虑混凝土试件内部的裂缝扩展情况，但混凝土作为一种多相复合材料，断裂破坏面各处的裂缝扩展长度均不相同，因此计算得到的断裂韧度与真实断裂韧度存在一定偏差。

基于上述分析，有必要提出一种考虑混凝土材料内部裂缝扩展的断裂韧度求解方法，结合混凝土材料的断裂破坏特征，获取断裂破坏过程对应的真实断裂参数。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是，针对混凝土材料的断裂破坏问题，提供一种考虑混凝土材料内部裂缝扩展的断裂韧度求解方法，该方法获得的断裂韧度更能反映混凝土的真实断裂情况。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种考虑混凝土材料内部裂缝扩展的断裂韧度求解方法，该方法包括以下内容：

开展混凝土断裂实验，当加载至峰值荷载时，执行力保载操作，向预制裂缝位置插入梯形钢垫块，在钢垫块和预制裂缝之间的空隙位置向混凝土中滴入能够随意流动的含有染色试剂的酒精溶液，酒精溶液的加入量以能够全覆盖裂缝扩展的截面为准；

静置至裂缝扩展的截面均被染色且酒精完全挥发后，将试件沿跨中开裂位置劈裂成两部分，采用成像设备对劈裂后的任一部分从垂直于断裂面的角度进行拍摄，获取彩色图像，针对拍摄的彩色图像以预制裂缝尖端所在位置为起始位置建立平面直角坐标系，同时执行灰度识别操作，获取混凝土材料染色封闭边界线所有像素点的坐标信息；

利用积分法计算染色区域的面积，同时根据混凝土试件的宽度值，获得平均裂缝扩展长度h_mean，将平均裂缝扩展长度h_mean带入断裂力学公式中获得考虑混凝土材料内部裂缝扩展的断裂韧度。

所述混凝土断裂实验包括三点弯曲预制缺口梁断裂试验和楔入劈拉试验。

进一步地，该求解方法的具体步骤是：