基于强度和变形的混凝土双参数破坏准则研究

Anti-crack and failure research of concrete structure is a basic and important engineering problem, especially for the mass concrete such as super-high arch dam working under long-term and complex environment. Choose the appropriate failure criterion is particularly important.The present criterion, based solely on the maximum stress, strain or energy, is not applicable for complex loads, such as creep, relaxation and fatigue.Structural failure depends on the level of stress and deformation development.Through studying the rules of creeprelaxation failure and measuring the time-space distribution of damage with acoustic emission technology,the connection between the structural failure envelope curve and the static load will be established. A two-parameterfailure criterion based on strength and deformation will be researched, treating the creep and relaxation failure as a breakthrough.The criterion has a clear mathematical expression and general applicability for creep, relaxation, fatigue, fracture damage and other issues.The creep coupling effect of creep and relaxation will be studied by using the temperature stress test, and the two-parameterfailure criterion will be applied to engineering practice.The research project will lay the theoretical foundation of crack control and mechanism, to our country's hydropower construction and national economic development, it has important theoretical significance and practical value.

混凝土结构的抗裂及其破坏研究是一个基础且重要的工程问题，尤其是特高拱坝等大体积水工混凝土在长期复杂的荷载环境下工作，选用合适的破坏准则尤其重要。经过前期研究发现，目前单独基于最大应力（或应变、能量）准则针对徐变、松弛、疲劳等复杂荷载作用并不完全适用，结构破坏取决于应力和变形的共同发展水平。通过研究徐变、疲劳的破坏条件及规律，借助声发射技术衡量结构损伤的时空分布，探求结构破坏包络曲线与静力曲线加载之间的联系，以徐变和松弛破坏为突破口建立基于强度-变形的双参数破坏准则；该双参数准则针对徐变、松弛、疲劳、断裂损伤等问题具有普遍适用性，并且具有明确的数学表达和程序可实现性；利用全约束温度应力试验研究徐变松弛的耦合效应；结合溪洛渡特高拱坝，将双参数准则应用于工程实际并用实践检验理论的可行性。本研究将为混凝土的开裂控制及机理奠定理论基础，对我国的水电建设和国民经济发展具有重要的理论意义和实用价值。

混凝土结构的抗裂及其破坏研究是一个基础且重要的工程问题，尤其是特高拱坝等大体积水工混凝土在长期复杂的荷载环境下工作，选用合适的破坏准则尤为重要。为此，项目组成员从理论推导、试验验证、设备研发、工程应用验证等方面入手,展开通力合作。针对复杂历时荷载下的混凝土破坏判别准则这一科学技术难题，依据能量原理推导了具有胡克定律的统一表达的基于强度和变形的混凝土双参数破坏准则，实现了对徐变、温度应力等复杂应力作用破坏的高精度预测，为项目整体研究提供了有力的理论支撑；针对混凝土温度应力和变形的量化与控制这一科学技术难题，通过人工气候环境模拟、温度变形自补偿、直接测变形、可分离振捣、无损搭载等技术手段，搭建了多机联控和定量化测控的混凝土温度应力试验系统。实现了徐变松弛耦合作用下的温度应力破坏模拟，为混凝土温度应力开裂分析和破坏研究提供了可靠的试验支撑；针对复杂荷载作用下混凝土变形特性及其极限状态研究这一科学技术难题，实现了约束状态下对弹性模量随龄期变化的无损连续监测，建立了双闭环控制模式下徐变求解机制，指导了WDD大坝工程中的早期温度应力控制，建立了适用于混凝土温度应力破坏的、基于强度和变形的双参数破坏判别准则，为特高混凝土拱坝建设与运行安全提供科学依据。这些瓶颈问题的进展和解决，推进了我国特高拱坝建设基础研究的科技创新，促进了水利水电科学研究整体学术水平的提高。