大骨料混凝土三轴受压动态强度试验研究

为了满足水工结构抗震分析和设计的需要,利用大连理工大学的大型液压伺服三轴试验系统,对大骨料混凝土和湿筛混凝土立方体试件进行了动态三轴受压试验,研究了应力比和应变率对湿筛混凝土的三轴抗压强度的影响。试验结果表明,两种混凝土的三轴抗压强度均高于其单轴抗压强度;湿筛混凝土的三轴抗压强度的提高值随应力比的不同而略有差别,随着应变率的增加而增加。根据试验结果,在八面体应力空间建立了湿筛混凝土的破坏准则,为水工结构物的非线性分析提供了试验依据。更多还原     

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。     

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。     

混凝土材料的非线性单轴动态强度准则

在混凝土材料单轴动态强度试验研究成果的基础上,提出了混凝土材料强度增长幅值的动力增长因数与对数应变速率之间关系的微分方程,进而建立了混凝土材料的非线性单轴动态强度准则,即J准则。在此基础上,通过引入强度增长幅值的最大动力增长因数,将J准则改进为能描述混凝土材料动态峰值强度特性的S准则。利用国际上已取得的混凝土材料单轴动态强度试验结果对J准则和S准则进行了验证,并与双线性动态强度准则比较,表明J准则与S准则都可较好地描述混凝土材料的非线性动态强度特性,J准则和S准则材料参数少,具有统一的表达式,强度曲线连续光滑,且S准则可反映混凝土材料单轴动态极限强度。     

混凝土材料的非线性单轴动态强度准则

本文在混凝土材料单轴动态强度试验研究成果的基础上,提出了混凝土材料强度增长幅值的动力增长因数与对数应变速率之间关系的微分方程,进而建立了混凝土材料的非线性单轴动态强度准则,即J准则。在此基础上,通过引入强度增长幅值的最大动力增长因数,将J准则改进为能描述混凝土材料动态峰值强度特性的S准则。利用国际上已取得的混凝土材料单轴动态强度试验结果对J准则和S准则进行了验证,并与双线性动态强度准则比较,表明J准则与S准则都可较好地描述混凝土材料的非线性动态强度特性,J准则和S准则材料参数少,具有统一的表达式,强度曲线连续光滑,且S准则可反映混凝土材料单轴动态极限强度。     

岩体三轴强度,破坏准则及参数研究

根据岩体三轴试验结果，确定了Ｈｏｅｋ－Ｂｒｏｗｎ准则中的ｍ、ｓ值。再根据ｍ、ｓ值，分别确定了岩体的强度参数和变形参数，得到了满意的结果。     

考虑率效应的混凝土压剪强度及破坏准则试验研究

利用TAZW-1000大型多功能静动力三轴仪对5种不同加载速率、6种不同法向应力作用下的混凝土进行抗剪试验,分析法向应力和加载速率对混凝土抗剪性能的影响,并基于Bresler-Pister静态强度准则,提出了考虑率效应的混凝土压剪强度准则。研究结果表明:混凝土的剪切强度随法向压力增大呈线性分阶段增大,在一定法向压力范围内剪切强度增幅近似呈直线,然后增幅开始减小;压剪共同作用下混凝土动态抗剪强度提高的主要因素是法向压力的增加,而加载速率对其影响不大。随着法向压力增大,混凝土率效应增强;基于Bresler-Pister静态强度提出的混凝土动态压剪强度准则与试验数据吻合较好,可为动态压剪作用下混凝土强度准则的提出提供参考。     

河冰三轴压缩强度特性及破坏准则试验研究

为研究河冰在复杂应力状态下的力学性质及破坏准则,对淡水柱状冰在恒定轴向加载速率(0.4 mm/min)下,分别进行温度-6、-12、-18和-24°C,围压500、1000和1500 kPa的常规三轴压缩试验。得到天然淡水柱状冰三轴压缩应力应变曲线,三轴压缩广义剪应力峰值与温度及围压的关系,以及三轴压缩能量耗散特征,并利用莫尔库仑准则分析温度和围压对河冰强度参数的影响规律。结果表明:在所选试验条件下,柱状冰主要发生单剪破坏和延性破坏;在恒定温度条件下,广义剪应力峰值随围压的增大呈现近似线性增加;在恒定围压条件下,广义剪应力峰值随温度的升高呈现近似线性减小;根据莫尔库仑理论解释柱状冰破坏准则,在4种试验冰温下,其内摩擦角分别为21°、45°、42°和52°,黏聚力分别为1191.6、513.2、861.6和933.4 kPa;从能量特征角度考虑,柱状冰三轴压缩耗散的能量随着围压的增大有逐渐增加趋势。     

三轴受压状态下轻骨料混凝土的强度特性

本文利用自制的混凝土三轴试验系统,对国内尚未研究的轻骨料混凝土在常规三轴及真三轴受压状态下的强度特性进行了试验研究;分析了中间应力对强度的影响;在与普通混凝土三轴受压状态下的特性进行比较中,发现它与普通混凝土的显著差别除极限强度低外,在三向高压应力比下具有明显的平台流塑特性。据此,提出轻骨料混凝土在八面体应力空间下表述的强度准则。该准则的特点是考虑了平台流塑应力的影响;考虑了罗德角影响的偏平面上的强度包络线方程,形式简单,且能充分满足边界条件,与试验结果符合较好。本文的工作为充分利用轻骨料混凝土在三轴应力状态下的强度,提供了试验及理论依据。     

基于统一强度理论的高强混凝土强度准则

通过对几种双剪强度准则破坏面特征的分析,发现双剪剪应力型材料四参数统一强度理论和非线性统一强度理论具有描述高强混凝土多轴强度特性能力,在此基础上利用现有的多组高强混凝土的单轴抗拉强度、单轴抗压强度、双轴等压强度或常规三轴压缩强度试验结果确定以上两种强度准则中的材料参数,对二轴受力、常规三轴受力和真三轴受力状态的高强混凝土试验数据进行拟合分析,并与其他破坏准则进行了比较。结果表明:上述两种强度理论中剪应力型材料四参数统一强度理论与试验数据吻合较好,可描述常规三轴压强度随着围压增加的非线性特性,以及真三轴强度随中间主应力变化的整体趋势。该准则较其他常用混凝土准则描述效果也相对理想,参数b在[0,0.3]范围取值可获得较小的拟合偏差。此外,利用归一化方法对现有大量试验数据进行处理,以准则破坏面与所有试验点的偏差最小为优化判据,为该准则确定了一套普遍适用于高强混凝土的材料参数值。在缺少标定参数的试验成果时,可采用该普适参数初步确定高强混凝土的强度准则。     

基于混凝土双轴强度准则的重力坝可靠度分析

目前重力坝的可靠度研究主要集中在建基面抗滑稳定等方面,对基于不同强度准则的重力坝可靠度分析研究成果相对较少.本文首先介绍了采用的双轴强度准则、广义随机空间内的可靠度分析方法,然后采用线弹性有限元法,对基于混凝土双轴强度准则的某重力坝可靠度进行了分析.     

围压荷载下混凝土静动力强度的细观力学模型

本文从混凝土细观机理出发,采用翼型裂纹模型分析了围压荷载下混凝土内微裂纹扩展、弯折和相互作用直至材料破坏的过程。采用伪面力法计算了考虑相互作用的弯折扩展裂纹应力强度因子,并通过一些简化得到了显式的表达式。在假定混凝土的断裂韧度不随加载速率变化的前提下,分析和计算了不同围压荷载下的混凝土静动力强度,并与试验结果进行比较。结果表明,本文提出的模型能较好地反映围压荷载下混凝土的静动力特性和破坏机理。     

冻融循环后湿筛混凝土强度试验与破坏准则研究

采用快速冻融法,对湿筛混凝土试件进行了冻融循环。利用大型动三轴试验机,对冻融循环后的湿筛混凝土试件进行单轴压和4种应力比的双轴压试验,观察试件的破坏形态和表面裂缝分布情况,测得双轴主压方向的极限强度,剖析了冻融循环次数和应力比对极限强度的影响规律。 试验结果表明：随冻融循环次数的增加,湿筛混凝土的双轴压极限强度呈非线性降低;在冻融循环次数相同的情况下,双轴压极限强度相对于其单轴强度均有所提高,而提高幅度取决于应力比。提出了带有冻融循环次数和应力比参数的修正湿筛混凝土破坏准则公式,可为寒冷地区的海洋工程、水工结构强度分析和寿命预测提供理论依据。     

真三轴应力下塑性混凝土性能及破坏准则

基于5组配合比共45组塑性混凝土立方体试件的真三轴试验,研究了塑性混凝土的力学变形性能和破坏准则。结果表明,塑性混凝土第一主应力-应变关系曲线可分初始反弯段、直线段、曲线段和直线平台段,其中初始段有明显的弹性特征,直线段之后塑性变形较大。当第二、第三主应力较小时,真三轴应力下塑性混凝土试件破坏形态与单轴受压相似,当第二、第三主应力较大时,试件破坏呈现八字形斜裂缝。第一主应力随第二、第三主应力的增加而增大,且对第三主应力的变化较为敏感;对于同组配合比的塑性混凝土,固定第二主应力、变化第三主应力时的黏聚力和内摩擦角与第二和第三主应力同时成比例增加时的黏聚力和内摩擦角相比,分别是2倍和0.5倍左右;塑性混凝土三轴抗压强度是单轴抗压强度的3~5倍。在此基础上,运用强度理论分析了本文及文献的试验数据,建立了真三轴应力下塑性混凝土的二参数、三参数和四参数破坏准则,并与普通混凝土进行了比较。     

细观结构不均匀性对混凝土动弯拉强度的影响

本文在随机骨料模型的基础上,提出了既能反映混凝土骨料分布随机性又能反映混凝土细观各相材料力学特性随机性的随机骨料随机参数模型。利用该模型并考虑材料的细观力学的应变率效应,对湿筛混凝土和全级配混凝土梁进行了三分点冲击弯拉断裂数值模拟,分析了混凝土材料参数的离散性、混凝土级配以及初始静预载水平对其动弯拉强度的影响。研究表明：(1)随混凝土材料的弹性模量和抗拉强度的离散性增大,静弯拉强度和动弯拉强度降低,但动弯拉强度增强系数得到提高;(2)一定条件下全级配的混凝土梁的动弯拉强度增强系数高于湿筛混凝土梁的动弯拉强度增强系数;(3)为了更准确地确定动弯拉强度增强系数,应该考虑混凝土级配和初始预静载水平所产生的应变率效应对其的影响。     

孔口结构混凝土的开裂准则

根据模型试验的成果发现,实际结构混凝土开裂与试件开裂有明显的差异,分析实际结构的受力特点,提出了一种基于应变空间的本构模型和开裂准则。经过与模型试验对比计算,认为对于孔口等复杂结构,采用极限应变作为混凝土开裂准则比采用最大主拉应力准则更合理,在考虑了结构特性后,采用此准则计算结果与试验成果基本一致。