飽和大骨料混凝土雙軸動態(tài)力學性能試驗研究.pdf

1、由于有很多常年在水環(huán)境中存在的混凝土結構，混凝土長時間浸泡在水中，水壓力作用下混凝土材料微觀裂縫會存在飽和水，致使混凝土的力學性能發(fā)生變化，會影響到混凝土結構的承載能力以及使用年限。作為大體積混凝土結構的常用材料，研究大骨料混凝土在動態(tài)荷載下的多軸力學性能，是開展大體積混凝土結構抗震性能研究和分析的基礎，對在地震作用下大體積混凝土結構的設計和耐久性具有重要的意義。本文依托項目編號為51079019的國家自然科學資金項目，使用三軸靜、動試

2、驗設備，分別對兩種不同狀態(tài)（干燥和飽和）的大骨料混凝土在單軸和雙軸應力狀態(tài)下的動態(tài)力學性能進行了試驗研究。
　　(1)開展了關于干燥和飽和大骨料混凝土的單軸動態(tài)試驗。分析了應變率對兩種大骨料混凝土的抗壓強度、抗拉強度、應力-應變曲線和峰值應變的影響。干燥和飽和大骨料混凝土在同一應變率下的破壞形態(tài)類似，大部分表現(xiàn)為骨料和砂漿的界面破壞，試件的破壞主要由骨料和砂漿的界面脫粘引起。兩種大骨料混凝土的強度和彈性模量都隨著應變率的提高而增加

3、，并且伴隨著更多的宏觀裂縫的出現(xiàn)，并有更多骨料破壞。與干燥混凝土試驗結果相比，飽和混凝土在動態(tài)荷載條件下的抗壓和抗拉強度提高更多。荷載的慣性作用和混凝土微裂縫中自由水的粘性作用是飽和大骨料混凝土強度提高的主要原因。根據(jù)試驗結果建立應變率與兩種混凝土的強度和峰值應變的關系。
　　(2)開展了關于干燥和飽和大骨料混凝土的動態(tài)雙軸壓應力狀態(tài)下試驗。兩種混凝土的破壞形態(tài)、強度、峰值應變和應力-應變曲線受到應變率和應力比的影響。試驗結果表明

4、:在靜態(tài)加載條件下，平行于加載方向有一些分布均勻的裂縫，而隨著應變率的增加，裂縫的數(shù)量明顯增多，隨著應變率的增大，更多的骨料沿著試件斷裂面發(fā)生破壞。試件的宏觀破壞形態(tài)主要由應力比決定，而應變率對其的影響幾乎沒有。兩種大骨料混凝土在應力比為0.5時雙軸動態(tài)抗壓強度高于任何應力比的動態(tài)抗壓強度，飽和混凝土在準靜態(tài)條件下的強度比干燥混凝土的強度小，而在動態(tài)荷載條件下，飽和混凝土的強度高于干燥混凝土的強度。在準靜態(tài)加載條件下，混凝土微裂縫中的飽

5、和水加快了微裂縫的滑移開裂，由于飽和水的楔入作用使得混凝土內部細觀缺陷的微裂縫迅速發(fā)展，增大了損傷，是飽和混凝土強度降低的主要原因。而在動態(tài)加載條件下，高速率荷載產生高強度應力狀態(tài)，混凝土的初始裂縫的滑動速度和飽和水的粘性力與荷載應變率成正比，由于飽和水的粘性力和慣性作用導致飽和混凝土的動態(tài)強度比干燥混凝土強度提高。在試驗的基礎上建立了兩種混凝土材料在雙軸壓荷載下的動態(tài)破壞準則。
　　(3)對干燥和飽和大骨料三級配混凝土開展了動態(tài)

6、雙軸拉壓應力狀態(tài)下試驗。對兩種混凝土的破壞形態(tài)、強度以及峰值應變受到應變率和應力比的影響進行了分析。試驗結果表明:含水率對試件的破壞模式影響不大，無論是干燥還是飽和試件，均為單條裂縫的破壞，兩種混凝土在動態(tài)雙軸拉壓荷載作用下的破壞形態(tài)同單軸拉伸試驗，均屬拉斷型破壞，說明破壞裂縫主要是由極限拉應變引起，混凝土試件的破壞形態(tài)沒有受到側向壓力的影響。隨著應變率的提高，兩種混凝土的動態(tài)拉強度都增加，且隨著側壓力的增加而減少，兩種混凝土應變率對混

7、凝土的峰值應變影響不大，而應力比對峰值應變影響較大。飽和大骨料混凝土在準靜態(tài)條件下的雙軸拉壓強度比干燥大骨料混凝土的強度小，而在動態(tài)荷載條件下，飽和大骨料混凝土的強度高于干燥大骨料混凝土的強度。其原因同準靜態(tài)單軸拉條件，在準靜態(tài)條件下，飽和混凝土拉伸強度的降低是由于微裂縫中飽和水的存在使得混凝土尖端的粘聚力降低。在動態(tài)加載條件下，裂紋中飽和水產生的有益拉應力以及高速加載條件下的Stefan效應使得混凝土界面相的宏觀強度相應提高，因此在動

8、態(tài)加載條件下，飽和大骨料混凝土的強度提高的較多。根據(jù)試驗結果建立了二干燥和飽和大骨料混凝土在主應力空間和八面體應力空間的雙軸拉壓動態(tài)破壞準則。
　　(4)本文在試驗的基礎上，應用內時理論和損傷力學，參考了對大骨料混凝土力學性能產生影響的飽和水和骨料級配及應變率等因素，建立了本構模型，編制了計算程序，并計算了飽和大骨料混凝土雙軸動態(tài)加載試件的試驗過程，計算結果與試驗結果趨勢基本一致，表明在考慮飽和水因素的條件下，模型能夠較好地反映混