水壓作用下的混凝土率效應(yīng)研究.pdf

1、　　歷史證明,工程結(jié)構(gòu)在地震時(shí)所遭遇的破壞是造成人民生命財(cái)產(chǎn)重大損失的主要原因之一,加強(qiáng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能研究、探索減災(zāi)防災(zāi)技術(shù),對(duì)確保人類生存安全與社會(huì)安定具有重大意義。加強(qiáng)混凝土材料動(dòng)態(tài)性能研究,是進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能研究的起點(diǎn),也是本文立項(xiàng)的基點(diǎn)。
　　目前,對(duì)于大氣自然環(huán)境中的混凝土靜動(dòng)態(tài)研究已取得豐碩成果,但對(duì)于水壓作用下的混凝土靜動(dòng)態(tài)性能研究還有待深入。在水壓中工作的混凝土結(jié)構(gòu),尤其是在高水頭下,水壓力成為了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

2、控制性因素。大壩承受的庫(kù)水和地震作用將達(dá)到千萬(wàn)噸級(jí)的水平,壩體最大靜、動(dòng)拉應(yīng)力可能達(dá)到或超過(guò)混凝土的極限承載能力,成為結(jié)構(gòu)破壞和功能退化的主要原因。因此,開(kāi)展有壓水作用下的混凝土材料動(dòng)態(tài)性能研究,為實(shí)際工程建設(shè)提供參考依據(jù)具有相當(dāng)重要的意義。
　　為此,本文在國(guó)家自然科學(xué)基金(51279092)的資助下,進(jìn)行了基體強(qiáng)度為C30的混凝土材料在不同圍壓和不同應(yīng)變速率下的常三軸單調(diào)壓縮試驗(yàn),累計(jì)完成91個(gè)試件的加載試驗(yàn),獲取了63組

3、有效數(shù)據(jù)。
　　本文混凝土材料力學(xué)試驗(yàn)均在我校“10 MN大型多功能靜動(dòng)力三軸儀”上完成,試驗(yàn)首先采用圍壓系統(tǒng)對(duì)試件進(jìn)行了足夠時(shí)間的浸泡,使其處于完全飽水狀態(tài),再進(jìn)行圍壓環(huán)境下的不同應(yīng)變速率加載,為對(duì)比分析同步進(jìn)行了干燥無(wú)水壓下的試驗(yàn)。通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到不同應(yīng)變速率以及不同圍壓環(huán)境下的混凝土峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變、彈性模量等參數(shù)；在此基礎(chǔ)上,基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)理論建立了混凝土本構(gòu)模型,并分析了本構(gòu)模型中相關(guān)參數(shù)與應(yīng)變速率的相關(guān)性。具體

4、工作內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下。
　　(1)首次系統(tǒng)地進(jìn)行了混凝土常規(guī)三軸靜動(dòng)態(tài)抗壓性能試驗(yàn),分析了混凝土在不同水壓中受不同加載速率作用下的力學(xué)與變形特性。試驗(yàn)結(jié)果表明,混凝土的強(qiáng)度隨應(yīng)變速率的增大逐漸增大；混凝土的峰值應(yīng)力對(duì)應(yīng)變速率的敏感性隨圍壓增大而增大；干燥混凝土的強(qiáng)度比濕飽和混凝土強(qiáng)度要高。在干燥無(wú)水壓及飽和有水壓中混凝土的彈性模量隨加載速率的增加總體呈增大的趨勢(shì)；彈性模量隨加載環(huán)境的變化并不明顯；混凝土的彈性模量對(duì)圍壓的敏感

5、性小于對(duì)應(yīng)變速率的敏感性。干燥混凝土要比水飽和混凝土的變形大,混凝土的峰值應(yīng)變隨圍壓增大而增加；混凝土的峰值應(yīng)變隨應(yīng)變速率的增大而增大,與圍壓的相關(guān)性較小?；炷恋奈苣芰﹄S應(yīng)變速率的增大而增大；隨圍壓增大呈先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì),但總體呈增大的趨勢(shì)；在有水壓環(huán)境中混凝土的吸能能力對(duì)率敏感性更強(qiáng)。
　　(2)首次構(gòu)建了基于水壓的動(dòng)態(tài)率型損傷模型,并針對(duì)模型進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,三軸壓縮狀態(tài)下,混凝土損傷特性在峰前服從Weibu

6、ll統(tǒng)計(jì)分布,峰后服從Lognormal統(tǒng)計(jì)分布；不同水壓下,飽和有水壓與干燥無(wú)水壓下混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線變化不大,曲線總體變化規(guī)律相似；試驗(yàn)驗(yàn)證認(rèn)為本文構(gòu)建的損傷模型是有效的。
　　(3)首次進(jìn)行了飽和混凝土在不同水壓中受不同加載速率作用下的損傷破壞機(jī)理分析。研究表明,在水壓中,Stefan效應(yīng)及慣性效應(yīng)對(duì)混凝土的率效應(yīng)均影響較大,前者的影響大于后者；隨應(yīng)變速率的增大,混凝土的損傷演化規(guī)律為峰前損傷差值越來(lái)越小,峰后損

7、傷差值越來(lái)越大；隨圍壓增大,混凝土峰后損傷極限差值增大,且應(yīng)變速率越大,在同一應(yīng)變下的損傷值越小,圍壓水對(duì)混凝土的損傷起到了促進(jìn)作用。
　　為進(jìn)一步加強(qiáng)該領(lǐng)域的研究工作,本文認(rèn)為未來(lái)混凝土的研究工作應(yīng)從以下幾方面加強(qiáng)：(1)對(duì)混凝土在不同服役環(huán)境下的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)一步開(kāi)展拓展性研究,探索混凝土處于不同環(huán)境下各項(xiàng)力學(xué)性能的變化規(guī)律；(2)從宏觀、細(xì)觀、微觀等多個(gè)層面進(jìn)行廣泛研究,對(duì)混凝土的損傷機(jī)理與破壞機(jī)制進(jìn)行深入認(rèn)識(shí),為理論研究提