不同尺寸混凝土的动态峰值应力-应变关系及峰后软化特性的研究

采用电液伺服大型多功能动静三轴仪对不同应变速率(10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)下不同尺寸(150,300,450 mm)的立方体混凝土试件进行单轴动态压缩试验,对不同尺寸混凝土动态物理力学参数(峰值应力、峰值应变)、实验破坏机理及峰后应变软化进行分析,并对不同尺寸混凝土在不同的应变速率下的软化性能进行研究。研究结果表明混凝土峰值应力、峰值应变都随试件尺寸增大而降低;混凝土强度随着应变速率的增加而增加;峰值应变后,随着试件尺寸增加,应力-应变曲线斜率绝对值增加,延性减小;试件尺寸为150 mm混凝土的软化现象随着应变速率的提高而愈加明显,且软化程度呈增加趋势,试件尺寸为300 mm和450 mm混凝土的软化现象随着应变速率的提高而变得越来越弱化,当应变速率增加到一定值时,软化现象又变得明显;在同一应变速率下,随试件尺寸的增加软化现象越来越明显。     

不同龄期混凝土动态力学性能研究

对不同龄期(28,112,183,345,810,1 248,1 550d)的混凝土进行了不同应变速率(10^-5,5×10^-5,10^-4,5×10^-4,10^-3,5×10^-3,10^-2/s)下的单轴压缩试验,试件尺寸为Φ150 mm×300 mm,研究了龄期和加载速率对混凝土的力学性能影响。结果表明:①在同一龄期下,混凝土的峰值应力随着应变速率增长而增大;在同一应变速率下,混凝土的峰值应力随着龄期的增长而增大,800d后峰值应力趋于稳定;②在同一应变速率下,混凝土的吸能能力随着龄期的增长而增加,表现出了峰值应力与龄期之间相似的规律。     

单轴压缩下混凝土的能量演化规律

为研究混凝土在破坏过程中的能量演化规律,对混凝土试件在不同侧应力(0,0.1f_c,0.3f_c,0.5f_c)、不同应变速率(10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,10^-2/s)下进行循环加-卸载试验,得到单轴压缩下输入总能量、弹性能和耗散能随应变增长的演化和分配规律。试验结果表明:在整个加载阶段,应变速率为10^-5/s及10^-4/s时,混凝土输入总能量、弹性能、耗散能都随应变的增大而先增大后减小;应变速率为10^-3/s及10^-2/s时,混凝土输入总能量、弹性能、耗散能都随应变的增加而逐渐增加;在相同侧应力下,应变速率增大,混凝土在破坏时积聚的能量和混凝土的储能会增加;混凝土达到储能极限时弹性能比例最小为30%,而最大为58%;在应变速率相同时,混凝土的储能极限随着侧应力的增大而增大,侧应力会抑制裂缝的发展;在侧应力为(0.1,0.3)f_c时,混凝土的弹性能密度随侧应力增大呈线性增大。研究成果有助于研究人员了解混凝土的破坏过程。     

冻融混凝土基于声发射技术的单轴动态劈拉损伤特性研究

为了研究混凝土冻融劣化后的动态劈拉损伤特性,对历经 0、10、20、30、40 次冻融后的混凝土进行应变速率为 10 － 5 / s、10 － 4 / s、5 × 10 － 4 / s、10 － 3 / s 的单轴劈拉试验,分析了冻融循环次数和应变速率对混凝土劈拉强度和吸能能力的影响,并利用声发射技术分析了劈拉破坏过程中混凝土损伤发展情况。结果表明: 随应变速率增大,劈拉强度线性增大; 随冻融循环次数的增加,劈拉强度线性减小; 随应变速率的增大,混凝土吸能能力增大; 随冻融循环次数的增加,混凝土吸能能力减小; 实时采集的声发射信号可用来描述混凝土劈拉破坏过程; 混凝土劈拉损伤均随应变速率和冻融循环次数的增大而增大,当应变速率为 10 － 3 / s 时的斜率缓慢增加到累计能量的 10% 左右,当加载应力为峰值应力的 80% 左右时,试件内部能量急剧释放,试件迅速破坏。     

基于声发射的自然与饱水状态混凝土动态劈拉特性对比

为研究自然状态与饱水状态混凝土的动态劈拉特性,进行了不同应变速率(10^-5/s ,10^-4/s ,10^-3/s ,10^-2/s)下的径向劈拉试验,对混凝土劈拉强度进行了深入分析,并利用实时采集的声发射数据分析自然状态与饱水状态混凝土在劈拉破坏全过程中的能量释放特性及破坏规律。结果表明:自然状态和饱水状态混凝土的劈拉强度随加载速率的增加而增大。在低应变速率(10^-5/s,10^-4/s和10^-3/s)时,由于自由水的楔入作用,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土的劈拉强度小;在应变速率为10^-2/s时,由于Stefan 效应,饱水状态混凝土的劈拉强度比自然状态混凝土大;饱水状态混凝土的动态增强因子比自然状态混凝土的大,饱水状态混凝土率敏感性更显著;声发射信号特征与混凝土的破坏特性相一致,实时采集的声发射信号可对混凝土的劈拉破坏过程进行较准确的监测。     

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。     

Weibull统计理论的参数对混凝土全曲线模型的影响

为了解混凝土在不同加载速率下的力学特性,采用微机控制电液伺服大型多功能动静力三轴仪,对强度等级为C15、边长为150 mm的立方体混凝土试件在不同加载速率为10^-5/s,10^-4/s,10^-3/s,5×10^-3 /s下进行了单轴压缩试验,对不同加载速率下单轴压缩混凝土的抗压强度、变形、基于修正后的Weibull统计理论的应力应变全曲线模型参数等进行了研究和分析。结果表明修正后的Weibull统计理论模型能较好地拟合混凝土试件在不同加载速率下的全曲线模型;材料的强度硬化特性可以通过Weibull本构模型中的参数m和E值表征;应变软化特性可以通过Weibull本构模型中的参数c值表征。     

循环孔隙水压力下混凝土力学特性研究

为研究不同孔隙水压循环次数、不同加载速率下的混凝土的力学性能,对直径为300 mm,高度为600 mm的混凝土试件进行0,10,50,100,200次循环孔隙水压的预处理(孔隙水压的上限为3 MPa,下限为1 MPa),然后在3 MPa的围压下进行4种应变速率(10^-5,10^-4,10^-3,10^-2 /s)下的常三轴(σ₂=σ₃≥σ₁)抗压性能试验。结果表明随着应变速率的不断增加,混凝土的峰值应力增大,峰值应变整体上呈增大的趋势;随着循环孔隙水压次数的不断增加,混凝土的峰值应力呈阶段性变化,100次之前呈增大趋势,100次之后呈减小趋势,峰值应变无明显规律性变化,弹性模量呈减小趋势。     

溪洛渡大坝混凝土芯样动态轴拉试验研究

利用MTS大型静、动材料试验机对溪洛渡大坝混凝土芯样开展了动态轴向拉伸试验研究,试验共计32个?220 mm×440 mm圆柱体试件。试验分别开展了不同应变速率(1×10^-6/s、1×10^-4/s、5×10^-4/s、1×10^-3/s)下静、动态单调加载和预加不同初始静载(0%、30%、60%)的单调动态加载(5×10^-4/s)。大坝混凝土芯样试验成果,揭示了当前溪洛渡大坝混凝土的静态抗拉力学特征及在动态荷载作用下抗拉强度、峰值应变和吸能能力等随应变速率的变化规律,以及初始持续静态荷载对动态抗拉性能的影响。通过试验数据拟合及统计分析,建立了溪洛渡大坝混凝土的抗拉应力应变曲线解析表达式。试验成果将为溪洛渡大坝抗震深化研究提供科学依据。     

基于声发射技术的混凝土动态损伤特性研究

为研究混凝土材料动态损伤特性及损伤演化规律,进行了不同加载应变速率下(10^-5/s,10^-4/s,7.5×10^-3/s)的混凝土单轴压缩试验,并实时采集相应的声发射信号;在分析声发射参数与应力应变关系的基础上研究了在循环加卸载条件下混凝土材料的塑性变形特性及损伤特性。结果表明:循环加卸载过程中损伤集中在前期和中期,损伤程度随加载时间的延长逐渐加重,循环次数越多,损伤越严重;随着累积残余塑性应变的增加,损伤变量逐渐增大,加载应变速率越大,峰值前的释放能量越大,混凝土破坏越严重;随加载应变速率的提高,损伤破坏的路径变短,加载应变速率差异越大,损伤破坏路径差异越大,但损伤变化曲线起点与破坏终点重合。     

大尺寸饱和混凝土单轴压缩动态性能试验研究

为了解饱和混凝土材料的动态特性,开展了大尺寸饱和混凝土在不同应变速率下的单轴压缩试验。试验在大型多功能液压静动力三轴仪上进行,采用300 mm×600 mm圆柱体混凝土试件, 得到了大尺寸饱和混凝土的动态力学性能参数,并根据破坏形态分析了其破坏机理。试验结果表明:峰值应力、吸能能力随着应变速率增大而增加,峰值应变、弹性模量随着应变速率的增大整体上增加。根据应力-应变关系的特点,建立了峰值应力前服从Weibull统计分布,峰值应力后服从Lognormal统计分布的损伤本构模型。混凝土破坏形态表现为多个共轭斜面的剪切破坏,根据试件破坏后裂缝开展情况,解释了混凝土破坏剥落原因,并从材料组成、吸能能力等方面分析了其破坏机理。     

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。     

双轴受压混凝土动态力学特性及破坏准则研究

利用动静力三轴试验机进行不同加载速率、不同侧向压力下300 mm立方体混凝土的抗压试验,并对所得试验数据进行力学参数分析,在此基础上,建立考虑动态加载速率的K-G破坏准则并对其适用性进行了验证。验证分析结果表明:应变速率越低,侧压对混凝土峰值应力的增益作用越明显;混凝土峰值应变随应变速率增加,大致呈先减后增趋势;峰值应变随侧压的增大而增大, 侧压对峰值应变的影响在应变速率较低时更明显;随应变速率的增大,混凝土弹性模量呈先增后减趋势;侧压对混凝土弹性模量的影响不明显;建立的改进后的K-G准则对动态双轴受压模型描述效果好,而且该模型同时也适用于100和300 mm混凝土立方体的单向和双向应力状态。     

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。     

冻融循环对钢纤维混凝土动力性能的影响研究

通过对冻融循环劣化后的钢纤维混凝土试件进行动态三轴压缩试验,分析了冻融循环及钢纤维掺量对混凝土轴向极限抗压强度、轴向峰值应变和应力-应变曲线的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)分析冻融前后钢纤维混凝土的微观结构。目的在于探明冻融循环对钢纤维混凝土动态力学性能的影响规律,为寒冷地区钢纤维混凝土在实际工程中的应用提供理论参考。结果表明:增加冻融循环次数导致轴向极限抗压强度下降且100次冻融循环后下降速度明显增大,而轴向峰值应变基本呈线性增大。应变速率的增加导致轴向极限抗压强度增大且轴向峰值应变逐渐减小。冻融循环破坏了钢纤维混凝土内部结构,导致应力-应变曲线包围面积减小,钢纤维混凝土吸收能量的能力降低。钢纤维掺量对冻融劣化后混凝土动力性能影响较大,本试验中1%的钢纤维掺量下冻融劣化后混凝土最优。SEM微观结构揭示了钢纤维增强混凝土抗冻性的强化机理,以及过量掺入钢纤维对抗冻性的弱化机理,与宏观试验结果一致。     

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。