混凝土循環(huán)加卸載率效應(yīng)特性研究.pdf

1、　　混凝土結(jié)構(gòu)在使用期間會(huì)受到動(dòng)態(tài)荷載的作用，如各類建筑受到地震作用，沿海建筑及海上平臺(tái)受臺(tái)風(fēng)及海浪作用，橋梁及高聳構(gòu)筑物受地震與風(fēng)荷載作用等。盡管動(dòng)態(tài)荷載并非時(shí)刻作用在結(jié)構(gòu)上，但由于隨機(jī)性與對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的程度，使動(dòng)荷載常常成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制工況。
　　我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家，具有相當(dāng)高的地震烈度和頻度，在西部工程建設(shè)中，地震工況多為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的控制工況，抗震安全與減災(zāi)措施成為工程建設(shè)中的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題?，F(xiàn)有成果表明，大多數(shù)

2、學(xué)者對(duì)混凝土材料與結(jié)構(gòu)抗震性能研究中的加載方式大多集中在單調(diào)快速加載，動(dòng)態(tài)循環(huán)加卸載方式下的材料性能研究還有待加強(qiáng)與深入。因此，承受動(dòng)態(tài)循環(huán)加卸載的混凝土材料與結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性及抗震性能，成為當(dāng)前學(xué)者們的研究熱點(diǎn)，是工程建設(shè)中不可回避的的重要課題之一。
　　因此，本文在國(guó)家自然科學(xué)基金(51279092)的資助下，利用三峽大學(xué)自行研發(fā)的 10MN 大型多功能靜動(dòng)力三軸儀對(duì)不同強(qiáng)度及不同尺寸的混凝土試件進(jìn)行了在不同加載速率下的抗壓試驗(yàn)

3、，利用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)混凝土加載破壞過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得到了不同加載速率下混凝土動(dòng)態(tài)性能的變化規(guī)律；利用聲發(fā)射試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)混凝土損傷破壞全過程進(jìn)行了破壞形態(tài)與損傷機(jī)理分析；基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論建立了混凝土動(dòng)態(tài)損傷本構(gòu)模型，并對(duì)本構(gòu)模型中的相關(guān)參數(shù)與加載速率間的相關(guān)性及其變化規(guī)律進(jìn)行了研究。本文具體工作內(nèi)容及研究結(jié)論主要有以下幾方面。
　　(1)針對(duì)不同尺寸(150mm、300mm、450mm立方體)、不同強(qiáng)度

4、等級(jí)(C15、C30)的混凝土試件，在不同加載速率(10-5~2.5×10-2/s)作用下進(jìn)行了動(dòng)態(tài)循環(huán)加卸載壓縮試驗(yàn)，對(duì)峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變、彈性模量等物理力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而研究了混凝土材料在循環(huán)加卸載狀態(tài)下基本物理力學(xué)參數(shù)的率效應(yīng)特性。
　　(2)首次對(duì)不同尺寸及不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件在不同加載速率下循環(huán)加卸載壓縮試驗(yàn)時(shí)的剛度退化、累積殘余塑性應(yīng)變的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，進(jìn)而研究了混凝土材料在循環(huán)加卸載狀態(tài)

5、下的剛度退化與累積殘余塑性應(yīng)變的率效應(yīng)特性。
　　(3)首次構(gòu)建了不同尺寸及不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件在不同加載速率下的應(yīng)力與應(yīng)變?cè)跁r(shí)間軸上與同步聲發(fā)射參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在此基礎(chǔ)上探索了混凝土在損傷破壞全過程中的能量釋放特性，分析了能量釋放特性隨加載速率變化而變化的規(guī)律，進(jìn)而基于聲發(fā)射技術(shù)研究了混凝土材料損傷演化與破壞過程的率效應(yīng)特性。
　　(4)首次發(fā)現(xiàn)了“隨加載速率的提高，峰后循環(huán)次數(shù)逐漸減少”的物理現(xiàn)象，并利用本文

6、構(gòu)建的“基于聲發(fā)射數(shù)的損傷定量描述方法”，對(duì)循環(huán)加卸載下的混凝土動(dòng)態(tài)損傷過程進(jìn)行了定量描述，從能量原理與損傷力學(xué)兩個(gè)層面提示了這一現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理與力學(xué)原理，為后續(xù)構(gòu)建“基于損傷力學(xué)的混凝土動(dòng)態(tài)強(qiáng)度理論”奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
　　(5)首次構(gòu)建了基于 Weibull 統(tǒng)計(jì)理論的混凝土材料動(dòng)態(tài)損傷率型本構(gòu)模型，并對(duì)模型中的材料參數(shù)進(jìn)行了擬合分析。結(jié)果表明，該數(shù)學(xué)模型能較好地表述混凝土動(dòng)態(tài)壓縮過程中的率效應(yīng)特性，同時(shí)也能較好地描述材料在不