混凝土劈拉特性的率效應(yīng)研究.pdf

1、大型混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中,除了承受靜態(tài)荷載作用外,都不可避免地要遭受地震、爆炸、沖擊等動態(tài)荷載作用,如地震荷載對各種工程結(jié)構(gòu)的作用、橋梁及高聳構(gòu)筑物受風(fēng)荷載的作用、海浪對海岸及海上采油平臺的沖擊、駁船對港口碼頭的撞擊、車輛對道路設(shè)施的碰撞、核電站的防護(hù)外殼要經(jīng)受導(dǎo)彈或者其它沖擊荷載的撞擊以及水壩要承受動水壓力作用等。盡管動態(tài)荷載并不是時刻都作用在混凝土結(jié)構(gòu)上,但由于其不可預(yù)知性以及對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞性,動態(tài)荷載成為結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中必須

2、考慮的重要因素。
　　混凝土在動態(tài)荷載條件下的力學(xué)性能明顯不同于其在靜態(tài)荷載條件下的力學(xué)性能,而且混凝土的抗拉強度遠(yuǎn)低于其抗壓強度,混凝土的動態(tài)抗拉強度在某種程度上對結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性起著決定性作用,混凝土的動態(tài)受拉破壞需要得到特別的關(guān)注。因此,對混凝土在動態(tài)荷載作用下抗拉特性的研究是一項十分重要的工作。
　　本文在國家自然科學(xué)基金(51279092)的資助下,利用三峽大學(xué)和長春朝陽試驗儀器有限公司聯(lián)合研制生產(chǎn)的10MN微

3、機(jī)控制電液伺服大型多功能動靜力三軸儀進(jìn)行了不同條件下混凝土的動態(tài)劈拉試驗,并利用聲發(fā)射技術(shù)對混凝土劈拉加載破壞過程進(jìn)行了實時監(jiān)測。本文具體工作內(nèi)容及研究結(jié)論主要有以下幾方面。
　　1)針對尺寸大小為Φ150×150mm的混凝土試件采用不同加載方式以及針對不同尺寸大小Φ150×150mm、Φ150×200mm的混凝土試件,進(jìn)行不同應(yīng)變速率(10-5/s-~10-2/s)下的劈拉試驗。對劈拉強度、峰值應(yīng)變、彈性模量和吸能能力等物理力學(xué)

4、參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計分析,進(jìn)而研究了混凝土材料在不同試件尺寸大小以及不同加載方式條件下的基本物理力學(xué)參數(shù)的率效應(yīng)特性以及對軸向加載和徑向加載時混凝土劈拉強度變化機(jī)理進(jìn)行分析。研究表明,混凝土的劈拉強度隨應(yīng)變速率的增加而提高,存在明顯的速率效應(yīng);劈拉強度和應(yīng)變速率的對數(shù)成近似線性增長關(guān)系;混凝土的吸能能力隨應(yīng)變速率的增加而提高;相同直徑大小,不同厚度混凝土試件的劈拉強度不同,在同種應(yīng)變速率下,試件厚度越大,劈拉強度越大;軸向加載時的劈

5、拉強度比徑向加載時的劈拉強度小。
　　2)針對尺寸大小為Φ150×150mm干燥和飽和混凝土試件在不同應(yīng)變速率(10-5/s~10-2/s)下進(jìn)行了劈拉試驗。對劈拉強度、峰值應(yīng)變、彈性模量和吸能能力等物理力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了統(tǒng)計分析,進(jìn)而研究了混凝土材料在動態(tài)劈拉作用下的基本物理力學(xué)參數(shù)的率效應(yīng)特性,并且對干燥混凝土和飽和混凝土的劈拉強度變化機(jī)理以及含水率對劈拉強度的影響進(jìn)行了分析。研究表明,干燥混凝土與飽和混凝土的劈拉強度隨

6、應(yīng)變速率的增加而提高,飽和混凝土劈拉強度的率敏感性更高;劈拉強度和應(yīng)變速率的對數(shù)成近似線性增長關(guān)系;干燥混凝土與飽和混凝土的吸能能力隨應(yīng)變速率的增加而提高。
　　3)依據(jù)試驗數(shù)據(jù),建立了干燥混凝土試件與飽和混凝土試件在不同應(yīng)變速率下的應(yīng)力、應(yīng)變時間曲線與同步聲發(fā)射參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系,在此基礎(chǔ)上探索了混凝土在劈拉損傷破壞全過程中的聲發(fā)射特性,分析了能量釋放特性隨應(yīng)變速率變化的規(guī)律,進(jìn)而基于聲發(fā)射技術(shù)對比分析了干燥混凝土與飽和混凝土劈