混凝土三轴动态强度准则

动态荷载作用下,混凝土材料存在着明显的率相关性,建立混凝土材料在动态荷载作用下的三轴动态强度准则具有重要的科学意义。本文在广义非线性强度理论的框架下,结合混凝土材料的非线性单轴、双轴动态强度特性,推导了广义非线性强度理论材料参数的率效应公式,从而得到了考虑率效应的混凝土材料的三轴动态强度准则。双轴情况下,所建立的动态强度准则与动态试验数据吻合较好;根据混凝土材料强度参数的率效应公式,探讨了混凝土材料的多轴非线性强度特性。     

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。     

混凝土材料的广义非线性强度理论

在广义非线性强度理论的框架下,结合混凝土材料的力学特性,将混凝土材料的强度特性分解为相互独立的四个方面分别描述,进而建立了混凝土材料的广义非线性强度理论。该理论在主应力空间的偏平面上涵盖了从下限SMP曲线到上限Mises圆之间的所有区域,子午面上的破坏曲线为幂函数形式;共有四个材料参数,均具有明确的物理意义,并给出了参数的确定方法。通过与国内外学者已取得的四组混凝土材料的真三轴试验结果比较,表明了本文提出的混凝土材料的广义非线性强度理论可用于多种混凝土材料,合理计算其多轴强度。     

龄期对混凝土双单轴强度比的影响分析

混凝土的双轴等压强度与单轴压强度的比值β是确定混凝土破坏准则的一个关键参数。文中通过采用静动三轴电液伺服系统对不同强度等级、龄期的混凝土进行双轴等压强度和单轴压强度试验研究。结果表明,β值随混凝土龄期的增长而降低,随混凝土强度等级的升高变化不大。     

基于不同混凝土强度准则的高拱坝脆性破坏范围研究

基于目前拱坝安全度评价中不同的混凝土强度准则对应的坝体破坏范围不同,介绍了采用的脆性破坏本构关系和单轴、双轴、三轴三种混凝土强度准则。以溪洛渡水电站高拱坝为例进行了计算。结果表明三轴强度准则对应的建基面相对破坏范围与双轴强度准则对应的结果基本相同,比单轴强度准则的结果稍大。双轴和三轴强度准则同时考虑了第一主应力为拉应力和第三主应力为压应力对坝体破坏的影响,而且坝体底部上游侧部分区域处于拉压状态,评判更加合理。     

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。     

多轴应力条件下碾压混凝土层面抗剪强度试验研究

针对碾压混凝土重力坝和拱坝等坝体真实的工作受力状况,对碾压混凝土拱坝所用的二级配混凝土材料成型的本体、层面处理和层面不处理试件,进行了单轴及多轴应力条件下的剪切试验研究。试件尺寸为150mm×150mm×150mm,试验比较了不同应力状态对本体和含层面试件的抗剪强度和变形特性的影响。结果表明：在低应力压剪和压压剪应力状态下,所有试件抗剪强度和极限变形均有所提高;在有拉应力存在的状态下,所有试件抗剪强度均有所降低;复合应力状态下三种试件强度和变形特性有一定的差异。在以上试验基础上提出了碾压混凝土在复杂应力状态下的多轴剪切强度破坏准则。     

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。     

多轴应力条件下碾压混凝土层面抗剪强度试验研究

针对碾压混凝土重力坝和拱坝等坝体真实的工作受力状况，对碾压混凝土拱坝所用二级配混凝土材料成型的本体、分层处理和分层不处理试件，进行了单轴及多轴应力条件下的剪切试验研究。试件尺寸为150mm×150mm×150mm，试验比较了不同应力状态对本体和含层面试件的抗剪强度和变形特性的影响，结果表明，在低应力压剪和压压剪应力状态下，所有试件抗剪强度和极限变形都有所提高，在有拉应力存在的状态下，所有试件抗剪强度有所降低，复合应力状态下三种试件强度和变形特性有一定的差异。在以上试验基础上给出了碾压混凝土在复杂应力状态下的多轴剪切强度破坏准则。