The effect of specimen size on the fracture energy and softening function of concrete: Fid-Bau Portal

The effect of specimen size on the fracture energy and softening function of concrete

Guo, X. H. / Gilbert, R. I.

Abstract This paper examines the effect of specimen size on the fracture energy of concrete, GF, as measured using the three-point bending test on pre-notched beams prescribed by RILEM TC-50 [1]. The concept of partial fracture energy is introduced and used to explain the observed size effect. The opening displacement at the top of the notch in the test specimen at the end of the test, ω, is affected by the size of the specimen, which in turn affects the measured value of the concrete fracture energy. In theory, when the specimen is large enough to allow the fracture process zone to develop fully,w f will reach its critical value,w c , and the effect of specimen size onG F will be eliminated. The experimental results included here show that in reality the size of the specimen does affect the measurement ofG F , even when the size is such that the fracture process zone develops fully. This may be due to local plastic deformation in the area around the loading point, which is particularly significant in larger specimens. It may also be due to differences in the influence of the boundary conditions of the test for different specimen sizes. In addition, a procedure is outlined for the determination of the softening function for concrete based on the fracture energy measured in RILEM tests, in which the specimens are small enough to ensure that the energy measured is actually due to fracture and not plastic deformation.

Résumé Cet article examine l'influence de la dimension des échantillons sur l'énergie de fissuration du béton, GF, mesurée à l'aide du test de flexion en trois points sur des poutres préfissurées selon les prescriptions du RILEM TC-50 [1]. Le concept d'énergie partielle de fissuration est introduit et utilisé pour expliquer les effets de dimensions observés. L'écartement, wf, de l'échantillon en fin d'essai au haut de la fissure dépend de la dimension de l'échantillon, qui à son tour affecte l'énergie de rupture du béton. Théoriquement, quand l'échantillon est suffisamment grand pour permettre le développement complet de la zone de rupture, wf, atteindra sa valeur critique, wc, et l'influence de la dimension de l'échantillon sur GF disparaîtra. Les résultats expérimentaux inclus dans ce papier montrent qu'en réalité la dimension de l'échantillon affecte la mesure de GF, même si sa dimension est telle que la zone de fissuration a pu complètement se développer. Ceci s'explique par une déformation plastique locale dans la zone du point de chargement, déformation qui est particulièrement importante pour de grands échantillons. En outre, une procédure est proposée pour déterminer pour des bétons la fonction unique d'adoucissement basée sur l'énergie de fissuration mesurée dans les essais RILEM. Dans cette procédure, les échantillons sont suffisamment petits pour que l'énergie mesurée soit réellement due à une rupture et non pas à une déformation plastique.