混凝土單軸抗壓速率特性的尺寸效應研究.pdf

1、　　混凝土結構在使用期間會受到動態(tài)荷載的作用,如各類建筑受到的地震作用,沿海建筑及海上平臺受海水波浪的作用,橋梁及高聳構筑物受地震與風荷載的作用等。盡管動態(tài)荷載并不是時刻都作用在混凝土結構上,但由于其不可預知性以及對結構嚴重的破壞性,動態(tài)荷載成為結構設計過程中必須考慮的重要因素。
　　我國是一個多地震國家,具有相當高的地震烈度和頻度,在西部工程建設中,地震工況成為結構設計時的控制工況,是影響工程項目立項與建設的關鍵科學與技術問題

2、。伴隨著材料科學的發(fā)展與國民經(jīng)濟建設的實際需要,混凝土結構的跨度越來越大、結構形式日趨多樣化、混凝土構件的尺寸也越來越大。為確保人們生命財產安全,對承受動態(tài)加載下不同尺寸的混凝土結構進行準確分析,成為混凝土動態(tài)性能研究的重要任務。
　　在國家自然科學基金(51279092)的資助下,本文利用我校10MN大型多功能靜動力三軸儀進行了混凝土材料在不同尺寸和不同應變速率下的單調壓縮試驗。通過分析試驗數(shù)據(jù),研究在不同應變速率、不同試件尺

3、寸下的混凝土峰值應力、峰值應變、彈性模量等變化規(guī)律。在此基礎上,基于數(shù)學統(tǒng)計理論建立了考慮尺寸效應的混凝土動態(tài)本構模型,分析了本構模型中的一些相關參數(shù)與應變速率的相關性。本文的核心研究內容與主要創(chuàng)新點如下。
　　(1)進行了混凝土靜動態(tài)抗壓性能試驗,分析了混凝土在不同試件尺寸(150mm、300mm、450mm 立方體)和不同應變速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)下的力學與變形特性。研究表明,在同一種

4、應變速率下,混凝土峰值應力隨著尺寸的增加而降低,存在明顯的尺寸效應,混凝土峰值應變隨著尺寸的增加而降低；在同一種試件尺寸下混凝土峰值應力隨應變速率的增加而提高,存在明顯的速率效應；混凝土在相同應變速率下,尺寸換算系數(shù)隨試件尺寸的增加而降低；在相同尺寸下,尺寸換算系數(shù)隨加載速率的提高而降低。
　　(2)首次根據(jù)基于統(tǒng)計學的Weibull尺寸效應理論和基于斷裂力學的Bazant尺寸效應理論,結合本文試驗數(shù)據(jù)構建了含速率效應的混凝土強

5、度的尺寸效應理論。
　　(3)首次構建了率型物理力學本構模型并對模型進行了驗證,驗證結果表明本文所建本構模型能較好地吻合試驗結果；利用該模型對混凝土的吸能能力進行了研究,結果表明,在不同應變速率下,混凝土單位體積的吸能能力隨試件尺寸的增大而降低；在不同試件尺寸下,混凝土單位體積的吸能能力隨應變速率的增大而增加；試件越小、應變速率越大,混凝土單位體積的吸能能力越強。
　　研究后認為,未來混凝土的研究工作應從以下幾方面加強：