荷载历史对混凝土动态受压损伤特性影响试验研究

为了研究荷载历史对混凝土应力应变全曲线、动态抗压强度及应力和应变空间动态损伤特性的影响,在应变速率10-5/s～10-2/s范围内,对历经了0%、30%、50%和75%极限抗压强度荷载历史后的普通混凝土受压试件进行了单轴动态抗压试验。试验结果表明,不同应变速率下历经荷载历史后,混凝土应力应变全曲线发生明显的变化;混凝土动态抗压强度随着应变速率的增加而增加,荷载历史超过某一槛值后,混凝土抗压极限强度明显降低;混凝土损伤应力槛值随着应变速率的增加而增加,历经超过损伤槛值的荷载历史后,混凝土的损伤应力槛值随着荷载历史的增加而减小,且损伤值随着荷载历史的增加而增加;混凝土损伤应变槛值受应变速率的影响不大,但随着荷载历史的增加而减小,且损伤值随着荷载历史的增加而增加。     

混凝土双轴动态等比例受压损伤试验研究

采用大型静、动态电液伺服试验系统对普通混凝土受压试件在应变率10^-5～10^-2/s范围内进行双轴动态等比例直接抗压试验。以切线模量的退化来度量损伤,从损伤的角度分别在应力和应变空间分析了混凝土动态损伤阈值随应变率的变化规律和混凝土的动态损伤演化规律。研究表明,随着应变率的增大,应力空间下损伤开始发展阶段的应力阈值也随之增加,应变空间下损伤开始发展阶段的应变阈值在减小。分析了动态荷载下混凝土的抗压强度、弹性模量的变化规律,结果表明,随着应变率增加,混凝土的弹性模量也在增加;混凝土的抗压强度、临界应变与应变率之间呈线性关系。     

溪洛渡大坝混凝土芯样单轴动态性能试验研究

大坝混凝土动态性能是大坝抗震设计与安全评价的关键要素。为全面评价溪洛渡大坝坝体混凝土的动态特性,通过大坝坝体取芯,采用15 MN大型MTS材料试验机,开展溪洛渡大坝C₁₈₀40混凝土芯样在不同应变速率下的抗压试验、轴心抗压弹性模量试验及劈拉试验,得到大坝混凝土芯样的动态力学性能参数。试验结果表明,溪洛渡大坝混凝土芯样的抗压强度、劈拉强度均受应变速率影响显著,混凝土吸能能力随应变速率的增加而增加,两者表现出较强的相关性。混凝土芯样的抗压强度与劈拉强度与实验室制备全级配混凝土试件、湿筛试件的试验结果表现出差异性,原因既有后期大坝混凝土强度的增长影响,也有大坝混凝土现场拌和、浇筑及养护等条件与实验室成型养护条件差异的影响。所得结论可为开展溪洛渡大坝运行期抗震安全深化研究提供科学依据。     

不同初始静态荷载下混凝土动态抗压特性试验研究

利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服混凝土静动试验系统进行动态压缩试验，研究应变速率以及初始静态荷载对混凝土动态强度和变形特性的影响。试验结果表明，随着应变速率的增加，混凝土的强度有增加的趋势；初始静态荷载对混凝土的动强度影响明显，随着初始荷载的增加，动强度有降低的趋势；在初始静态荷载较大时，动强度降低的趋势更为明显；动强度随初始静态荷载变化规律接近指数函数。同时发现，在应变速率发生变化的位置，切线弹性模量也发生改变；在较大初始静态荷载作用时，切线模量的改变尤为显著，值得引起重视。     

尺寸效应对面板混凝土动态力学性能影响的试验研究

为研究尺寸效应对面板混凝土材料动态力学性能的影响,通过设计一系列试验,采用混凝土动静三轴仪试验仪对不同面板混凝土试件(Ф150 mm×150 mm、Ф150 mm×300 mm、Ф150 mm×450 mm)进行动态力学性能试验,得到面板混凝土极限抗压强度与应变速率的拟合关系式。结果表明,当面板混凝土试件尺寸相同时,试件的轴向抗压强度随着应变速率提高而增大,轴向峰值应变随之减小;当加载的应变速率相同时,试件的轴向抗压强度随着试件尺寸增大而减小,其轴向峰值应变也随之减小;当混凝土试件尺寸不同时,应变速率的提高对尺寸较小的试件的轴向抗压强度的增幅影响较大。最终通过数据回归分析,得出考虑尺寸效应影响的面板混凝土轴向抗压强度与应变速率关系的拟合曲线。     

全级配混凝土冻融循环后单轴动态抗压性能试验研究

为研究冻融及动力作用对全级配混凝土单轴抗压性能的影响,对全级配混凝土进行不同冻融循环次数(0、25、50、75、100次)的冻融循环试验及不同应变速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)的单轴动态抗压试验。实测了全级配混凝土经历不同冻融循环次数后的质量损失、损伤形态,以及不同应变速率下全级配混凝土的单轴动态极限抗压强度、应力-应变关系曲线。研究结果表明:全级配混凝土质量损失率与冻融循环次数呈二次曲线关系;在相同应变速率下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随冻融循环次数的增加而降低;在相同冻融循环次数下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随应变速率的增大而提高。对试验结果分析的基础上,建立了综合考虑冻融循环次数与应变速率影响的全级配混凝土的统一破坏准则,可为水工建筑物的设计、维修等提供试验及理论依据。     

循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响

对不同围压(0, 2, 5, 10 MPa)下的水饱和混凝土试件,历经25次循环荷载作用后(荷载下限140 kN,上限260 kN,频率0.1 Hz),进行了不同加载速率(地震荷载作用下的混凝土应变速率响应范围10-5/s~10-2/s)下的静动态常三轴抗压性能试验。分析了混凝土峰值应力、峰值应变以及损伤特性。结果表明:历经循环荷载后,随着加载速率的增加,混凝土峰值应力增大,峰值应变整体上逐渐增大,损伤变量D增长速度减缓;随着围压增加,混凝土峰值应力和峰值应变逐渐增大,损伤变量D增长速度降低,但损伤极限差值越来越大。基于上述试验结果,得到了历经荷载循环后混凝土动态峰值应力与围压、加载速率有关的经验计算式及历经荷载循环后混凝土动态峰值应变与围压、加载速率有关的经验式。     

混凝土单轴动态压缩特性试验研究

大连理工大学研制的大型静动态电液伺服三轴试验系统,对立方体混凝土试件在不同应变速率下进行单轴动态压缩试验,分析研究了混凝土材料在不同应变速率下的强度与变形特性。在试验基础上给出了混凝土动态抗压强度、弹性模量与应变速率之间的经验公式。     

水工沥青混凝土动态抗压尺寸效应试验研究

为研究动态荷载作用下水工沥青混凝土力学性能的尺寸效应规律，在5℃的环境温度及10^-5/s～10^-2/s的应变率条件下，对直径为100 mm、高径比分别为0.5、1.0、1.5和2.0的水工沥青混凝土试样开展了单轴动态抗压试验研究，分析了应变率效应与尺寸效应对沥青混凝土动态抗压强度、弹性模量及破坏模式的影响。结果表明：应变率越大或试样高径比越小，试样破坏越显著；随着高径比的增加，抗压强度减小，而弹性模量增大；随着应变率的增加，抗压强度与弹性模量的动态增强因子呈非线性增长趋势。基于试验研究，综合考虑应变率效应与尺寸效应的协同作用，引入应变率影响因子建立了水工沥青混凝土动态抗压尺寸效应计算模型，并验证了模型的合理性。     

三级配大骨料混凝土双轴抗压性能试验分析

利用自行研制的大型混凝土静、动三轴试验系统,完成了5种应力比、4种应变率、3种含水状态（干燥、自然、饱和）的三级配大骨料混凝土双轴动态抗压试验。试验研究了含水率对三级配大骨料混凝土动态极限抗压强度的影响,并在此基础上提出考虑含水率影响的大骨料混凝土动态破坏准则。研究表明,饱和混凝土试件在高应变率下的强度明显提高,而在低应变率下强度则有所降低。在相同应变率下,极限抗压强度在应力比为1∶0.5时达到最大值。影响三级配大骨料混凝土试件破坏形态的主要因素为应力比,其动态极限抗压强度随含水率的增大而增大,而静态极限抗压强度随含水率的增大而减小;单轴受压状态下的变形明显小于双轴受压,试件的峰值应变随应变率的增大而减小。     

地震应变率下水饱和度对混凝土动力压缩效应的影响

为揭示地震应变率下不同含水量混凝土的力学性能变化规律,采用真空饱水设备快速制备不同水饱和度混凝土试件以消除水泥进一步水化对试验结果的影响;进行了3种应变率下(10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1)的单轴压缩试验,测试分析了应变率和水饱和度对混凝土的应力应变曲线形态、抗压强度、弹性模量以及峰值应变的影响规律与影响机理。研究结果表明,随着应变率增加,混凝土动态抗压强度增大、弹性模量增加、而峰值应变减小;随着水饱和度增加,混凝土在静载以及动载下的抗压强度绝对值减小,但动载作用时动力强度增长因子增大;应变率越高混凝土峰值应变随水饱和度增大而减小的趋势越明显。综合考虑应变率效应以及水饱和度的影响,提出了混凝土力学性能指标的经验计算公式,与试验结果有着较好的吻合度。     

饱和混凝土静动力抗压强度变化的细观力学机理

已有的试验研究表明，不同加载速率下，饱和混凝土中的自由水对其力学性能有着不同的影响，与干燥混凝土相比，准静态荷载作用下饱和混凝土的抗压强度有所降低，动力荷载作用下饱和混凝土的抗压强度增高的较多。本文在翼型裂纹的基础上，考虑裂纹之间的相互作用、裂纹扩展速度对应力强度因子及孔隙水压力对裂纹扩展的影响，利用弹性断裂力学理论探讨了饱和混凝土的静、动力抗压强度变化机理并建立了理论模型。分析认为，慢速加载时，裂纹中的自由水可以达到缝尖，自由水的楔入作用加速了裂纹的扩展，降低了混凝土的强度；快速加载时，裂纹中的自由水较难达到缝尖，受负的孔隙水压力和自由水黏度及Stefan效应影响，饱和混凝土的动力抗压强度升高。模型计算与试验结果较为一致，表明本文理论模型可以较好地反映饱和混凝土静、动力抗压强度的变化机理。     

真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则

为研究混凝土结构处于复杂应力状态下的静动态力学特性,进行了不同应力比及加载速率下的真三轴压缩试验。对混凝土的强度特性和变形特性展开了深入分析,并基于八面体应力空间建立了考虑应变速率效应的真三轴动态破坏准则。结果表明:真三轴受压下的混凝土极限抗压强度随着应力比的增大而增大。随着应变速率的增加,应力比较低时,混凝土的极限抗压强度逐渐增大;应力比较高时,极限抗压强度先减小后增加。随着应变速率的增加,侧向变形曲线的破坏峰值点更明显;随着应力比的增大,侧应力较大方向上的变形越来越小。基于八面体应力空间建立的真三轴动态破坏准则表达式中包含3个率效应参数,经验证与试验数据吻合较好。     

不同骨料级配混凝土的双轴压强度试验和破坏准则

针对某大坝实际工程,用液压伺服静动态三轴试验系统,对某大坝工程不同骨料级配和尺寸的混凝土试件在双向压荷载作用下的变形和强度特性进行了试验研究。试件采用大坝原级配最大骨料粒径为80mm的立方体试件以及相应的湿筛混凝土试件,尺寸分别为250mm×250mm×250mm、150mm×150mm×150mm、100mm×100mm×100mm。试验过程测得了所有试件两个加载方向的应力和应变以及未加载方向上的变形,探讨了不同级配混凝土的双轴抗压强度、极限变形、应力-应变曲线以及破坏形态的变化规律。试验发现大骨料混凝土在双轴压作用下的极限强度和变形能力要比相应的湿筛小骨料混凝土提高的更多,最后分别在主应力空间和主应变空间建立了不同级配混凝土的破坏准则。     

定侧压下混凝土的双轴动态抗压强度及破坏模式

在大型三轴静、动态电液伺服试验机上对66个立方体混凝土试件进行一向恒定侧压的动态压缩试验。四组试验的侧向恒定压力分别为单轴静态抗压强度的0、30.5%、61.0%、91.5%，加载速率分别为10-5s-1、10-4s-1、10-3s-1、10-2s-1四个量级。试验表明，随着应变速率的提高，不同恒定侧压下混凝土的破坏强度均有提高。在较高的恒定侧向压力下，混凝土材料对应变速率的敏感程度降低；在较高应变速率下，恒定侧压对混凝土破坏强度的加强作用也有所减弱。     

不同应变速率下混凝土吸能特性及尺寸效应的研究

为了解混凝土的尺寸效应,进行了混凝土动态抗压性能试验,分析了在不同试件尺寸(150,300,450 mm立方体)不同应变速率(10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)下混凝土的应力-应变全曲线、吸能特性,并基于Bazant尺寸效应理论建立了含应变速率效应的混凝土强度的尺寸效应模型。结果表明,混凝土力学性能存在明显的尺寸效应和速率效应;混凝土单位体积的吸能能力随试件尺寸的增大而降低;在应变速率较小时,混凝土的吸能能力随应变速率的增大而增加;但应变速率超过一定值后,混凝土吸能能力增加不明显;混凝土应变软化程度随试件尺寸的增大而加深;在一定程度上,峰后应变软化程度取决于试件几何尺寸。     

冻融环境下水工碾压混凝土单轴动态抗压性能研究

为研究冻融循环和加载应变率对水工碾压混凝土抗压力学性能的影响,通过室内模拟碾压混凝土坝工程配合比和施工工艺制备碾压混凝土试件,开展不同冻融循环次数（0、25、50、75次）下的冻融试验和不同加载应变率（10?5/s、10?4/s、10?3/s、10?2/s）下的单轴压缩试验,分析碾压混凝土冻融表观特征及加载破坏形态,研究冻融循环次数和加载应变率对抗压力学性能的影响规律;并基于多元回归分析方法,构建抗压强度、峰值应变、应力-应变曲线与冻融循环次数和加载应变率的相关关系。结果表明:碾压混凝土抗压强度与加载应变率呈线性增强关系,与冻融循环次数满足二次多项式的劣化关系;峰值应变与加载应变率满足二次多项式的降低关系,与冻融循环次数满足二次多项式的增长关系。通过全应力-应变拟合曲线与试验曲线的比较发现,在研究的应变率和冻融循环次数范围内,二者吻合较好。     

基于Ottosen模型的混凝土多轴动态强度准则

由于混凝土材料的率敏感特性,不同应变率水平下混凝土结构的承载力、刚度具有不同的变化机理。在地震作用下,除了考虑混凝土结构承受的复杂应力之外,应变率也是分析混凝土动态强度变化规律不可忽略的因素,若依然使用单轴拉、压、剪强度理论对工程进行设计和计算,可能会对大型结构的建设和使用带来危险。基于Ottosen静态强度准则模型,结合大量不同强度等级混凝土多轴静、动强度试验结果,建立了一种考虑应变率效应和混凝土强度等级两个因素的混凝土多轴动态强度准则。分析表明该强度准则符合混凝土破坏曲面连续、光滑、外凸等要求,能较好地反映普通混凝土的多轴动态强度变化规律,而且只需要通过几个特征点就能得到,形式简单,便于实际工程应用。