破斷強度

當應力達到抗拉強度以前，整個試件變形是均勻的。但是應力達到抗拉強度時，試件變形就集中在某一薄弱區域內，這部分截面發生顯著的收縮(頸縮)。頸縮部分的截面比原截面小得多，因而頸縮截面上的實際應力比按原截面計算的應力大得多。但是，以原截面計算的試件 應力達到抗拉強度后，試件就必然斷裂，因而斷裂強度實際工程上意義不大。在工程上常以抗拉強度代表材料的斷裂應力。拉伸 斷裂強度外，還有疲勞和蠕變斷裂強度。前者又稱疲勞強度係數，用表示，指在交變載荷循環一次后試件發生斷裂的強度；後者又稱持久強度，指給定溫度和斷裂時間下的強度。這兩種斷裂強度只有通過測定低周疲勞曲線和蠕變斷裂曲線時給出。材料在長時間的恆溫、恆載荷作用下緩慢地產生塑性變形的現象稱為蠕變，由這種變形而最後導致材料的斷裂稱為蠕變斷裂。疲勞強度是指材料在無限多次交變載荷作用而不會產生破壞的最大應力，稱為疲勞強度或疲勞極限。實際上，金屬材料並不可能作無限多次交變載荷試驗。

混凝土包括素混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土，由其組成的結構稱為混凝土結構。混凝土作為重要的建築材料已有百餘年的歷史，廣泛應用於各個領域，尤其是在土木工程中 ,混凝土已必不可少。M.F.卡普蘭(Kaplan)1961年應用斷裂力學的概念來研究混凝土斷裂而提出的假說。其要點是：水泥石中裂紋的擴展所需能量要比形成新表面的表面能大一個數量級。J.格呂克利希指出，這種過多的能量是由於在一定的應力階段在裂紋頂端附近區域需要形成許多微裂紋所致。L.詹姆斯和E.K.克萊德指出混凝土中的原始裂紋存在於水泥石中及其與集料的界面上，並在水泥石中擴展。在集料彈性模量高於水泥石的情況下，集料對原裂紋的擴展有阻礙作用。集料與水泥石彈性模量的比值越高、原裂紋頂端離集料表面越近、集料粒度越大，集料的阻裂作用越大。用勻質材料斷裂力學分析而得的混凝土斷裂韌性，稱為假斷裂韌性。

混凝土斷裂力學就是在此要求下產生的一門新興學科，主要研究含裂縫體的混凝土材料和混凝土結構的破壞過程以及裂縫傳播規律，建立斷裂準則，探討如何控制和防止混凝土結構斷裂破壞的措施。破壞的含義十分複雜，一般是指在研究對象這一量級內的材料或體系喪失承載能力。從廣義上講，材料和結構的破壞失效形式有多種，其中主要可以列舉為兩類: 塑性流動和斷裂。斷裂是由於新裂紋萌發或已存裂紋的擴展而引起的一個破壞過程。混凝土是典型的非均勻材料，其中含有微裂紋，甚至有宏觀缺陷，如裂紋、夾渣、氣泡、孔穴、偏析等混凝土的強度、變形和破壞的性能，往往與裂紋的擴展有關對於混凝土內部結構的亞微觀分析發現，混凝土在承受荷載以前存在裂紋，這些裂紋大致可以分為兩種類型：隨機分佈的微裂紋，它在一定程度上控制著混凝土抗拉和抗壓等宏觀強度；方向一定的宏觀裂紋，它有時使得混凝土力學性質呈現各相同性。混凝土類材料的斷裂過程受控於其中原有的微裂紋，微裂紋一方面影響宏觀裂紋的萌生過程，另一方面對主裂紋產生屏蔽與劣化的雙重作用。混凝土的破壞是由於對象體系中潛在的各種缺陷引起的，其破壞過程實際上就是微裂紋萌生、擴展、貫通，直到產生宏觀裂紋，導致混凝土失穩破裂的過程。簡而言之，混凝土的破壞實質就是裂紋產生、擴展從而導致失穩的過程。