对拔出法试验时混凝土破坏机理的研究不仅有助于建立起对拔出试验作为一种混凝土强度检测手段的认识,而且也是选择试验方案和制订标准所不可缺少的依据。因此,这一方面的理论研究,尤其是拔出力是作为一种什么性质的力作用于混凝土,以及拔出时混凝土的破坏过程越来越受到人们的重视,并进行了深入的研究。需要指出的是,这些理论研究都是采用预埋拔出法进行试验的。
丹麦的Niel Saabye Ottosen专门对Kierkegaard-Hansen提出的LOK拔出试验进行非线性有限元分析。采用AXIPLANE程序,除了考虑混凝土裂缝之外,还分别考虑了前破坏区和后破坏区(pre-and post-failure rgions)的应变硬化和软化,单轴抗压强度对结构性能的影响,抗拉与抗压强度之比,不同的破坏判据以及后破坏性能等进行了研究。此外,由于大多数争论着重于混凝土中实际发生的破坏形式,所以对结构性能和破坏形式给予特别的注意。
结果表明,在荷载达到极限的18%时,径向裂纹在靠近混凝土外部表面的环带上开始发生,并随着荷载的增加,裂纹逐渐扩展。继续增加到64%以后,新的环状裂纹发生很大的扩展,这些新的环状裂纹从锚头的外部向支承物处延伸。然而在这一狭窄的环状地带之内,依然存在着巨大的三向或双向压应力,直到破坏。笔者认为,LOK试验中的破坏是由混凝土的压碎引起的,所以,拔出嵌入的钢制锚头所要求的力直接取决于所考虑的混凝土抗压强度。然而,由于发生破坏的应力状态主要是由微小拉应力偶尔叠加的双轴压力,所以,混凝土的抗拉强度具有某种间接影响。后破坏区的应变软化效应是很重要的。一般来说,与高标号混凝土相比较,低标号混凝土具有较大的抗拉强度和较高的延展性。这就说明了为什么拔出力和抗压强度之间的关系是线性的而不是比例关系。
美国国家标准局(NBS)为搞清楚混凝土被拔出的破坏机理,曾在20世纪80年代初进行了一系列试验研究和理论分析,得出了以下一些结论:在荷载的各个阶段,在锚头顶面外缘和支座内缘上都存在着应力集中,在理想破坏面附近最小主应力的方向大致与这个表面平衡,但是直到破坏时为止,锚头和支座间的轴向相对位移只有0.0010~0.0015,与单轴压力荷载下通常发生的极限变形0.002~0.003相差很多。
混凝土拔出破坏后脱落的块体外形清晰可辨。破坏的表面呈喇叭状,块体表面近似锥面。
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