混凝土單軸抗壓速率特性的尺寸效應(yīng)研究.pdf

1、　　混凝土結(jié)構(gòu)在使用期間會(huì)受到動(dòng)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(tái)受海水波浪的作用,橋梁及高聳構(gòu)筑物受地震與風(fēng)荷載的作用等。盡管動(dòng)態(tài)荷載并不是時(shí)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(duì)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重的破壞性,動(dòng)態(tài)荷載成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須考慮的重要因素。
　　我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家,具有相當(dāng)高的地震烈度和頻度,在西部工程建設(shè)中,地震工況成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的控制工況,是影響工程項(xiàng)目立項(xiàng)與建設(shè)的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題

2、。伴隨著材料科學(xué)的發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的實(shí)際需要,混凝土結(jié)構(gòu)的跨度越來越大、結(jié)構(gòu)形式日趨多樣化、混凝土構(gòu)件的尺寸也越來越大。為確保人們生命財(cái)產(chǎn)安全,對(duì)承受動(dòng)態(tài)加載下不同尺寸的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確分析,成為混凝土動(dòng)態(tài)性能研究的重要任務(wù)。
　　在國(guó)家自然科學(xué)基金(51279092)的資助下,本文利用我校10MN大型多功能靜動(dòng)力三軸儀進(jìn)行了混凝土材料在不同尺寸和不同應(yīng)變速率下的單調(diào)壓縮試驗(yàn)。通過分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),研究在不同應(yīng)變速率、不同試件尺

3、寸下的混凝土峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變、彈性模量等變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)理論建立了考慮尺寸效應(yīng)的混凝土動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型,分析了本構(gòu)模型中的一些相關(guān)參數(shù)與應(yīng)變速率的相關(guān)性。本文的核心研究?jī)?nèi)容與主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下。
　　(1)進(jìn)行了混凝土靜動(dòng)態(tài)抗壓性能試驗(yàn),分析了混凝土在不同試件尺寸(150mm、300mm、450mm 立方體)和不同應(yīng)變速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)下的力學(xué)與變形特性。研究表明,在同一種

4、應(yīng)變速率下,混凝土峰值應(yīng)力隨著尺寸的增加而降低,存在明顯的尺寸效應(yīng),混凝土峰值應(yīng)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(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加而提高,存在明顯的速率效應(yīng)；混凝土在相同應(yīng)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(jì)學(xué)的Weibull尺寸效應(yīng)理論和基于斷裂力學(xué)的Bazant尺寸效應(yīng)理論,結(jié)合本文試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建了含速率效應(yīng)的混凝土強(qiáng)

5、度的尺寸效應(yīng)理論。
　　(3)首次構(gòu)建了率型物理力學(xué)本構(gòu)模型并對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明本文所建本構(gòu)模型能較好地吻合試驗(yàn)結(jié)果；利用該模型對(duì)混凝土的吸能能力進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,在不同應(yīng)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(yīng)變速率的增大而增加；試件越小、應(yīng)變速率越大,混凝土單位體積的吸能能力越強(qiáng)。
　　研究后認(rèn)為,未來混凝土的研究工作應(yīng)從以下幾方面加強(qiáng)：