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)在使用期間會受到動態(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受臺風及海浪作用，橋梁及高聳構(gòu)筑物受地震與風荷載作用等。盡管動態(tài)荷載并非時刻作用在結(jié)構(gòu)上，但由于隨機性與對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的程度，使動荷載常常成為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制工況。
　　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(shè)中，地震工況多為結(jié)構(gòu)設(shè)計中的控制工況，抗震安全與減災(zāi)措施成為工程建設(shè)中的關(guān)鍵科學技術(shù)問題。現(xiàn)有成果表明，大多數(shù)

2、學者對混凝土材料與結(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，動態(tài)循環(huán)加卸載方式下的材料性能研究還有待加強與深入。因此，承受動態(tài)循環(huán)加卸載的混凝土材料與結(jié)構(gòu)動態(tài)特性及抗震性能，成為當前學者們的研究熱點，是工程建設(shè)中不可回避的的重要課題之一。
　　因此，本文在國家自然科學基金(51279092)的資助下，利用三峽大學自行研發(fā)的 10MN 大型多功能靜動力三軸儀對不同強度及不同尺寸的混凝土試件進行了在不同加載速率下的抗壓試驗

3、，利用聲發(fā)射技術(shù)對混凝土加載破壞過程進行了實時監(jiān)測。通過對力學試驗數(shù)據(jù)的分析，得到了不同加載速率下混凝土動態(tài)性能的變化規(guī)律；利用聲發(fā)射試驗數(shù)據(jù)，對混凝土損傷破壞全過程進行了破壞形態(tài)與損傷機理分析；基于數(shù)理統(tǒng)計理論建立了混凝土動態(tài)損傷本構(gòu)模型，并對本構(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)針對不同尺寸(150mm、300mm、450mm立方體)、不同強度

4、等級(C15、C30)的混凝土試件，在不同加載速率(10-5~2.5×10-2/s)作用下進行了動態(tài)循環(huán)加卸載壓縮試驗，對峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變、彈性模量等物理力學參數(shù)的變化規(guī)律進行了統(tǒng)計分析，進而研究了混凝土材料在循環(huán)加卸載狀態(tài)下基本物理力學參數(shù)的率效應(yīng)特性。
　　(2)首次對不同尺寸及不同強度等級的混凝土試件在不同加載速率下循環(huán)加卸載壓縮試驗時的剛度退化、累積殘余塑性應(yīng)變的變化規(guī)律進行了分析，進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度等級的混凝土試件在不同加載速率下的應(yīng)力與應(yīng)變在時間軸上與同步聲發(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”，對循環(huán)加卸載下的混凝土動態(tài)損傷過程進行了定量描述，從能量原理與損傷力學兩個層面提示了這一現(xiàn)象的內(nèi)在機理與力學原理，為后續(xù)構(gòu)建“基于損傷力學的混凝土動態(tài)強度理論”奠定了堅實基礎(chǔ)。
　　(5)首次構(gòu)建了基于 Weibull 統(tǒng)計理論的混凝土材料動態(tài)損傷率型本構(gòu)模型，并對模型中的材料參數(shù)進行了擬合分析。結(jié)果表明，該數(shù)學模型能較好地表述混凝土動態(tài)壓縮過程中的率效應(yīng)特性，同時也能較好地描述材料在不