淺析斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)在混凝土中的應(yīng)用

姚山

[摘要]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度也在不斷加快。一方面我國(guó)人口眾多，需要大量的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來(lái)滿(mǎn)足人們的需求；另一方面我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得地區(qū)之間的聯(lián)系越來(lái)越緊密，這就需要密集的交通線(xiàn)路來(lái)滿(mǎn)足人們的需求。在交通方面我們現(xiàn)在有發(fā)達(dá)的鐵路和公路網(wǎng)，尤其在高鐵建設(shè)方面，我國(guó)高鐵總里程是世界最長(zhǎng)，并且發(fā)展最為完善的國(guó)家。

[關(guān)鍵詞]斷裂力學(xué)；損傷力學(xué)；混凝土

文章編號(hào)：2095 - 4085（2018） 08 - 0100 - 02

1 混凝土應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的受損現(xiàn)象

混凝土在工程施工過(guò)程中由于良好的和易性和黏合性能夠很好的實(shí)現(xiàn)與各種混合材料的結(jié)合，但是在使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)多種問(wèn)題。一方面由于混凝土是多種材料混合而成，并且在實(shí)際的工程施工過(guò)程中混凝土?xí)c鋼筋等金屬材料混合使用，在溫度異常變化的地區(qū)，由于熱脹冷縮，混凝土中各種材質(zhì)受熱膨脹程度不同，造成了混凝土內(nèi)部受力結(jié)構(gòu)受損，最終表現(xiàn)在墻體表面出現(xiàn)墻體的裂縫。并且金屬材料受溫度影響較大，更容易在溫度較高的時(shí)候發(fā)生膨脹現(xiàn)象。另一方面由于長(zhǎng)時(shí)間的受力作用，混凝土墻體可能出現(xiàn)受力不均的現(xiàn)象，部分地區(qū)受力過(guò)大，而有些地方受力較小，這些也會(huì)造成混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂和變形。

2 斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)的介紹

2.1斷裂力學(xué)的介紹

隨著科技的不斷發(fā)展，大型和超大型的工程建設(shè)項(xiàng)目不斷增加，但是這些項(xiàng)目在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，比如工程結(jié)構(gòu)及其零件的斷裂，這種事故經(jīng)常會(huì)造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。為了能夠找到工程斷裂的原因以及找到應(yīng)對(duì)這種事故的方法，斷裂力學(xué)作為一門(mén)新型的學(xué)科逐漸受到了人們的重視。通過(guò)人們的研究發(fā)現(xiàn)幾乎所有的斷裂事故均發(fā)生在結(jié)構(gòu)的缺陷處，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想存在著一定的問(wèn)題，即把應(yīng)用中的材料看作是沒(méi)有瑕疵的連續(xù)的完整體，容易忽視材料中存在的問(wèn)題和缺陷。

2.2損傷力學(xué)的介紹

損傷力學(xué)一開(kāi)始通過(guò)用連續(xù)變量描述受損的連續(xù)性變化過(guò)程，但是該理論在提出之后沒(méi)有得到更大范圍的推廣，也沒(méi)有在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。直到20世紀(jì)70年代，損傷力學(xué)在金屬材料中才開(kāi)始得到一定程度的應(yīng)用。并且在接下來(lái)的幾十年里損傷力學(xué)的應(yīng)用逐漸得到了推廣和使用，并且在實(shí)際的工程施工分析中也得到了應(yīng)用。損傷力學(xué)屬于固體力學(xué)的一個(gè)分支，其中會(huì)涉及到許多的物理學(xué)和材料學(xué)原理。材料的內(nèi)部多多少少會(huì)存在著一定的損傷，這些損傷可能是在材料生產(chǎn)過(guò)程中因?yàn)殡s質(zhì)的進(jìn)入或者生產(chǎn)工藝本身缺陷所致，雖然在使用中可能對(duì)結(jié)構(gòu)體本身不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的干擾，但是長(zhǎng)時(shí)間的受力作用可能會(huì)使結(jié)構(gòu)損傷部位發(fā)生更為嚴(yán)重的應(yīng)力破壞，有的甚至開(kāi)始出現(xiàn)裂紋。

3 斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)在混凝土中的應(yīng)用

混凝土材料憑借其高強(qiáng)度、耐腐蝕性等特性，在現(xiàn)在的土木工程建設(shè)過(guò)程中得到了廣泛的推廣，而混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的影響也并非是單一的，在實(shí)際的工程實(shí)踐過(guò)程中混凝土中會(huì)摻雜各種雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的數(shù)量會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度和結(jié)合性。通過(guò)我們長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)，混凝土屬于典型的非均勻材料，由于混凝土在混合的過(guò)程中并不能夠按照每方的添加材料進(jìn)行混合設(shè)計(jì)，而是大量的材料混合生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中混凝土的混合密度會(huì)存在著不同，這種情況會(huì)造成混凝土受力的不均。并且在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中混凝土的受力不均現(xiàn)象會(huì)被不斷放大?；旌陷^為充分比例更加合理的部分混凝土強(qiáng)度明顯更強(qiáng)，而混合較弱，比例不夠均勻的地方其強(qiáng)度也會(huì)較弱，這就造成了混凝土材料構(gòu)件內(nèi)部的受力不均現(xiàn)象，并且會(huì)存在較大的受力差距，而一旦發(fā)生較為嚴(yán)重的撞擊或者長(zhǎng)時(shí)間的承受巨大外力的情況，混凝土便會(huì)出現(xiàn)斷裂和受損的現(xiàn)象。

斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)在混凝土的受力和損傷分析中應(yīng)用性較強(qiáng)，一方面通過(guò)建立各種混凝土模型在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)混凝土的斷裂和損傷受力情況進(jìn)行分析。在現(xiàn)在的工程建設(shè)過(guò)程中，我們通過(guò)對(duì)實(shí)際混凝土建筑的研究和混凝土建筑受損情況考察，收集了大量的混凝土斷裂和受損的數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)我們?cè)陔娔X上建立受損或者開(kāi)裂的混凝土模型，并且通過(guò)斷裂力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)應(yīng)用于混凝土裂縫和受損未知的分析中?；炷两Y(jié)構(gòu)的斷裂是受力不均或者受到外力的猛力撞擊導(dǎo)致的，這個(gè)時(shí)候我們可以在模型的受損處施加模擬的受力，觀(guān)察混凝土模型在遭受撞擊的過(guò)程中裂縫的受力情況，這樣對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)受力的分析便能夠更加清晰和準(zhǔn)確。通過(guò)該公式能夠獲得在裂縫尖端形成應(yīng)力集中或應(yīng)力趨于無(wú)窮大的奇異性： 其中G是衡量裂縫擴(kuò)展的重要指標(biāo)，它是指擴(kuò)展單位裂縫表面積（A），裂縫體所釋放的應(yīng)變能（U）。

當(dāng)然，混凝土模型的建立需要我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)積累和實(shí)際的工程建設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)分析中才能夠得到，并且這些受力損傷過(guò)程的主要影響因素也并不相同，仍需建立多種影響因素的模型，這樣才能夠在混凝土的受力分析中更加精確和實(shí)際的得到混凝土的受損情況和可承受能力。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土工程是現(xiàn)在社會(huì)中最為常見(jiàn)的工程之一，常會(huì)遇到混凝土在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂和變形的問(wèn)題。而斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)在混凝土結(jié)構(gòu)受力受損情況的分析中能夠發(fā)揮較好的作用，所以開(kāi)裂力學(xué)和損傷力學(xué)在混凝土中的應(yīng)用應(yīng)該得到大力的推廣。

參考文獻(xiàn)：

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