水泥混凝土抗沖擊性能測(cè)定方法研究.pdf

1、眾所周知，混凝土材料是現(xiàn)代建筑中應(yīng)用最為廣泛的建筑材料之一。然而，混凝土結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中，除了承受靜荷載外，不可避免地要承受動(dòng)態(tài)荷載。例如:橋梁和高層建筑要承受風(fēng)荷載，水壩要承受動(dòng)水壓力的作用，混凝土海洋平臺(tái)要承受海浪的沖擊作用，飛機(jī)起飛和降落時(shí)對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道的沖擊作用，防護(hù)結(jié)構(gòu)要承受子彈或飛機(jī)的撞擊作用，以及結(jié)構(gòu)要承受在地震荷載作用下的沖擊作用。這些動(dòng)態(tài)荷載能夠造成建筑結(jié)構(gòu)的損壞和倒塌，從而帶來(lái)財(cái)產(chǎn)和生命的損失。由于這些動(dòng)態(tài)荷載的不可預(yù)知

2、性，以及破壞性，往往成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要因素。而混凝土材料的沖擊性能是評(píng)價(jià)混凝土動(dòng)態(tài)性能的一個(gè)重要方面，因此，研究混凝土材料在沖擊荷載下的抗沖擊性能是非常必要的。
　　目前對(duì)混凝土材料的抗沖擊性能的研究是有限的。由于缺少統(tǒng)一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，許多研究者采用不同的沖擊試驗(yàn)機(jī)，不同的試件形狀，不同的試件尺寸，不同的測(cè)試設(shè)備，不同的分析方法，導(dǎo)致許多結(jié)果缺少可比性?；诖?，美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)544(ACI544)推薦了一種落錘沖擊試驗(yàn)方法，由于該

3、方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，得到廣泛的應(yīng)用。但從已有的文獻(xiàn)研究表明:由于該方法本身的問(wèn)題以及混凝土材料本身的非均勻性，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果的離散性很大。采用ACI544推薦方法產(chǎn)生數(shù)據(jù)離散性大的原因主要有:(1)采用圓餅形試件，使得裂縫的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，給裂縫的觀測(cè)帶來(lái)了難度，并且用肉眼觀測(cè)第一條可見(jiàn)裂縫，具有主觀不確定性;(2)缺少判斷試件破壞的標(biāo)準(zhǔn)。為了減小數(shù)據(jù)的離散性，預(yù)先確定試件的開(kāi)裂位置。本文采用自行設(shè)計(jì)的U形試件，以及自主研制的落錘沖擊試驗(yàn)裝置

4、對(duì)混凝土材料進(jìn)行了一些列的沖擊試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了綜合的統(tǒng)計(jì)分析，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　1.采用U形試件能夠預(yù)先確定試件的開(kāi)裂位置以及裂縫的發(fā)展路徑，并且只沿著一條裂縫發(fā)生破壞，有利于試驗(yàn)過(guò)程中裂縫的觀測(cè)和記錄。研制的新型落錘沖擊試驗(yàn)裝置可行，并且容易操作。
　　2.對(duì)于素混凝土，為了減少人為因素造成的誤差，將抗壓強(qiáng)度值作為試件質(zhì)量控制的一種手段，通過(guò)試件抗壓強(qiáng)度值的離散性來(lái)反饋監(jiān)測(cè)試件間的差異，避免由于混凝土質(zhì)

5、量不佳造成試件間差異過(guò)大。同時(shí)選用四種落錘質(zhì)量，對(duì)三種齡期下素混凝土U形試件進(jìn)行抗沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明:落錘質(zhì)量與沖擊壽命之間存在對(duì)數(shù)線性關(guān)系。
　　3.鑒于沖擊試驗(yàn)本身具有很大的離散性，分別計(jì)算了素混凝土、玄武巖纖維混凝土和鋼纖維混凝土沖擊壽命的離散系數(shù);同時(shí)計(jì)算了文獻(xiàn)中采用ACI544方法得到的沖擊壽命的離散系數(shù)。結(jié)果表明:本文研制的落錘沖擊試驗(yàn)裝置能夠減小數(shù)據(jù)的離散性。通過(guò)頻率直方圖可以看出:抗壓強(qiáng)度符合正態(tài)分布，沖擊壽命不符

6、合正態(tài)分布。在相同纖維體積摻量的情況下，鋼纖維混凝土抗沖擊性能要高于玄武巖纖維混凝土。
　　4.對(duì)本文方法得到的沖擊壽命，以及文獻(xiàn)中采用ACI544方法得到的沖擊壽命，分別采用最小二乘法進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果表明:初裂沖擊壽命(N1)和破壞沖擊壽命(N2)之間具有高度線性相關(guān)關(guān)系。
　　5.沖擊的一個(gè)重要特征就是它所表現(xiàn)出來(lái)的概率統(tǒng)計(jì)特性，因而采用概率的方法研究沖擊問(wèn)題是一個(gè)非常重要的方面。將沖擊壽命N看做一個(gè)隨機(jī)變量，引入

7、順序統(tǒng)計(jì)量和秩的概念，根據(jù)平均秩法的期望估計(jì)，計(jì)算累積失效概率函數(shù)F(N）和生存概率函數(shù)R(N)的估計(jì)值，結(jié)果表明:沖擊壽命既符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，也符合威布爾分布，且威布爾分布的擬合效果更好。利用威布爾分布建立了沖擊壽命與失效概率之間的關(guān)系式，對(duì)不同失效率下的沖擊壽命進(jìn)行了估計(jì)，結(jié)果表明纖維混凝土的抗沖擊性能可以通過(guò)威布爾分布模型進(jìn)行檢驗(yàn)和預(yù)測(cè)。
　　目前在試驗(yàn)工作中，主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定試件數(shù)量，缺乏必要的理論依據(jù)，因而帶有很大的