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摘要
混凝土中骨料、界面裂纹在荷载作用下相互影响,引起界面黏结裂纹扩展并形成脱黏,从而对混凝土开裂强度产生较大影响。采用等效平均的方法考虑骨料与界面裂纹之间的相互作用,首先将骨料和界面弧形裂纹视为两类夹杂,并基于相互作用直推法,得到外荷载和热残余应力共同作用下夹杂周围的平均应力及作用于砂浆基体的等效应力。然后利用该应力边界条件和Prasad公式求得圆形骨料界面裂纹的应力强度因子,通过改进复合压剪状态下I型裂纹应力强度因子的取值,修正界面裂纹开裂扩展时的能量释放率,并以此作为反映混凝土开裂强度的指标。通过与数值结果以及单一夹杂理论解的比较,验证了公式的有效性。最后结合算例,进一步探讨了骨料-界面裂纹相互作用、热残余应力等对混凝土开裂强度的影响规律。结果表明:考虑骨料-裂纹相互作用增大了界面裂纹的应力强度因子和能量释放率,使混凝土更易于开裂破坏;弧形裂纹的影响并非单调且比较复杂,存在最不利的裂纹长度,当裂纹长度达到一定值时,甚至可能出现张开、闭合状态的转变;残余应力的存在降低了混凝土的强度,对界面裂纹扩展影响显著,可通过改善骨料级配、热膨胀系数、以及智能调控混凝土温差变化等方法加以控制。
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单位三峡大学; 流域水循环模拟与调控国家重点实验室; 中国水利水电科学研究院
