水壓作用下的混凝土率效應研究.pdf

1、　　歷史證明,工程結構在地震時所遭遇的破壞是造成人民生命財產(chǎn)重大損失的主要原因之一,加強結構動態(tài)性能研究、探索減災防災技術,對確保人類生存安全與社會安定具有重大意義。加強混凝土材料動態(tài)性能研究,是進行混凝土結構動態(tài)性能研究的起點,也是本文立項的基點。
　　目前,對于大氣自然環(huán)境中的混凝土靜動態(tài)研究已取得豐碩成果,但對于水壓作用下的混凝土靜動態(tài)性能研究還有待深入。在水壓中工作的混凝土結構,尤其是在高水頭下,水壓力成為了結構設計的

2、控制性因素。大壩承受的庫水和地震作用將達到千萬噸級的水平,壩體最大靜、動拉應力可能達到或超過混凝土的極限承載能力,成為結構破壞和功能退化的主要原因。因此,開展有壓水作用下的混凝土材料動態(tài)性能研究,為實際工程建設提供參考依據(jù)具有相當重要的意義。
　　為此,本文在國家自然科學基金(51279092)的資助下,進行了基體強度為C30的混凝土材料在不同圍壓和不同應變速率下的常三軸單調壓縮試驗,累計完成91個試件的加載試驗,獲取了63組

3、有效數(shù)據(jù)。
　　本文混凝土材料力學試驗均在我?！?0 MN大型多功能靜動力三軸儀”上完成,試驗首先采用圍壓系統(tǒng)對試件進行了足夠時間的浸泡,使其處于完全飽水狀態(tài),再進行圍壓環(huán)境下的不同應變速率加載,為對比分析同步進行了干燥無水壓下的試驗。通過分析試驗數(shù)據(jù)得到不同應變速率以及不同圍壓環(huán)境下的混凝土峰值應力、峰值應變、彈性模量等參數(shù)；在此基礎上,基于數(shù)學統(tǒng)計理論建立了混凝土本構模型,并分析了本構模型中相關參數(shù)與應變速率的相關性。具體

4、工作內容及相關結論如下。
　　(1)首次系統(tǒng)地進行了混凝土常規(guī)三軸靜動態(tài)抗壓性能試驗,分析了混凝土在不同水壓中受不同加載速率作用下的力學與變形特性。試驗結果表明,混凝土的強度隨應變速率的增大逐漸增大；混凝土的峰值應力對應變速率的敏感性隨圍壓增大而增大；干燥混凝土的強度比濕飽和混凝土強度要高。在干燥無水壓及飽和有水壓中混凝土的彈性模量隨加載速率的增加總體呈增大的趨勢；彈性模量隨加載環(huán)境的變化并不明顯；混凝土的彈性模量對圍壓的敏感

5、性小于對應變速率的敏感性。干燥混凝土要比水飽和混凝土的變形大,混凝土的峰值應變隨圍壓增大而增加；混凝土的峰值應變隨應變速率的增大而增大,與圍壓的相關性較小。混凝土的吸能能力隨應變速率的增大而增大；隨圍壓增大呈先增強后減弱的趨勢,但總體呈增大的趨勢；在有水壓環(huán)境中混凝土的吸能能力對率敏感性更強。
　　(2)首次構建了基于水壓的動態(tài)率型損傷模型,并針對模型進行了試驗驗證。結果表明,三軸壓縮狀態(tài)下,混凝土損傷特性在峰前服從Weibu

6、ll統(tǒng)計分布,峰后服從Lognormal統(tǒng)計分布；不同水壓下,飽和有水壓與干燥無水壓下混凝土的應力-應變擬合曲線變化不大,曲線總體變化規(guī)律相似；試驗驗證認為本文構建的損傷模型是有效的。
　　(3)首次進行了飽和混凝土在不同水壓中受不同加載速率作用下的損傷破壞機理分析。研究表明,在水壓中,Stefan效應及慣性效應對混凝土的率效應均影響較大,前者的影響大于后者；隨應變速率的增大,混凝土的損傷演化規(guī)律為峰前損傷差值越來越小,峰后損

7、傷差值越來越大；隨圍壓增大,混凝土峰后損傷極限差值增大,且應變速率越大,在同一應變下的損傷值越小,圍壓水對混凝土的損傷起到了促進作用。
　　為進一步加強該領域的研究工作,本文認為未來混凝土的研究工作應從以下幾方面加強：(1)對混凝土在不同服役環(huán)境下的動態(tài)特性進一步開展拓展性研究,探索混凝土處于不同環(huán)境下各項力學性能的變化規(guī)律；(2)從宏觀、細觀、微觀等多個層面進行廣泛研究,對混凝土的損傷機理與破壞機制進行深入認識,為理論研究提