边界效应与尺寸效应模型的本质区别及相关设计应用

• 作者: 吴智敏 李庆斌 管俊峰 胡晓智
• 来源期刊: 水利学报
• 学科: 工学
• 关键词: 边界效应 尺寸效应 三点弯曲 骨料最大粒径 断裂韧度 拉伸强度
• 年，卷（期）: 2017,（8）
• 页码范围: 955-967
• 页数: 13页
• 分类号: TU528|TU501
• 字数: 7370字
• 语种: 中文
• DOI: 10.13243/j.cnki.slxb.20161175

摘要

本文研究了边界效应模型(BEM)与尺寸效应模型(SEM)的本质区别及设计应用功能.研究发现:对于SEM,不同缝高比α的试件须应用4个不同的多参数经验方程,且SEM仅限于试验数据拟合功能.BEM仅有唯一解析解,一方面,可由试验数据拟合确定材料参数——断裂韧度KIC和拉伸强度ft;另一方面,可由已确定的KIC和ft建立描述结构破坏的完整设计曲线.基于BEM,进一步分析了试件到结构变化(尺寸高度W从25到25000 mm),对材料3种破坏模式(ft强度控制、KIC韧度控制、准脆性断裂)的本质影响规律.理论研究表明:对于裂缝非常长和尺寸非常大的结构,已满足线弹性断裂条件,因而无须采用尺寸效应模型.尺寸效应的研究仅可应用于裂缝尖端靠近前边界或者后边界的情况,尺寸效应仅为边界效应的特例.最后,基于W依次为40、93、215和500 mm,α依次为0、0.02、0.075、0.15和0.3的混凝土三点弯曲梁的断裂试验成果,采用BEM系统分析了不同试验数据的组合情况对材料参数KIC和ft确定的影响规律.试验结果分析表明:当试验数据满足一定数量后,从整体数据中任意删去1组或2组数据,采用BEM确定的KIC和ft变化较小而基本一致.由不同尺寸W而相同缝高比α的几何相似试件,或不同缝高比α而相同尺寸W试件的峰值荷载Pmax,都可确定出材料参数KIC和ft.本文所提BEM为解决由小尺寸试件确定无尺寸效应的材料参数,及由材料参数预测实际结构破坏等问题提供了新的思路.