高温下钢管混凝土SHPB动态力学性能试验研究

采用霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置和特制高温试验炉进行了高温下钢管混凝土的抗冲击性能试验研究,通过测试高温下钢管混凝土的动态强度和应力-应变曲线,揭示温度和冲击速度(应变率)对高温下钢管混凝土动态力学性能的影响规律。试验结果表明,高温下钢管混凝土仍具有良好的抗冲击性能、延性和耗能能力。在该文试验参数范围内,温度作用相比冲击速度的影响更加显著。高温下钢管混凝土动态强度受试件尺寸影响显著,后续研究工作应关注钢管混凝土动态冲击荷载作用下的尺寸效应研究。     

温度、应变率对地质聚合物混凝土抗压强度的影响

采用自主研制的高温SHPB试验系统,对高温条件下地质聚合物混凝土的动态抗压强度进行了试验研究。结果表明:200℃时地质聚合物混凝土的动态抗压强度较常温时有所增长,800℃时强度则急剧下降;应变率随弹速近似线性增长;同一弹速水平下,200~600℃时的应变率与常温接近,800℃时较常温提高明显;高温条件下,由侧向约束引起的附加应力可以忽略不计,试验所测得的动态强度增长因子(DIF)的应变率增强效应反应了材料的本质属性;在30~130 s-1应变率范围内,高温下地质聚合物混凝土的DIF与应变率的对数呈线性关系,且温度越高,应变率效应越明显。     

高温条件下钢纤维混凝土动态抗压性能试验研究

应用分离式霍普金森压杆和电阻式高温加热炉对不同纤维掺量(1%,2%)的钢纤维混凝土试件进行了不同温度条件下(20℃,200℃,400℃,600℃,800℃)的动态压缩试验,获得了不同温度条件下该种材料的动态应力-应变曲线,得到了相应的动态抗压强度和峰值应变。试验结果表明,钢纤维混凝土具有明显的应变率强化效应和温度损伤效应。在各试验温度下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着应变率的增大而提高;同一加载速率下,钢纤维混凝土的动态抗压强度随着试验温度的升高大幅度降低;相比于普通混凝土,钢纤维混凝土的抗冲击性能显著提高。     

高温效应对钢筋-混凝土动态黏结性能的影响：精细化模拟

为研究高温效应对钢筋-混凝土动态黏结性能的影响,建立了考虑带肋钢筋表面特征和混凝土材料非均质性的三维细观模型,与试验的破坏模式和黏结应力-滑移曲线进行对比,验证了细观模型的合理性。在此基础上,分析了高温下和冷却后钢筋-混凝土动态黏结应力-滑移行为的变化规律。结合数值模拟结果,建立了考虑高温效应的动态黏结强度预测公式。结果表明：细观模型能够反映变形钢筋与混凝土界面的开裂过程和黏结破坏机理;随着应变率的增加,高温下或冷却后的混凝土损伤区域逐渐减小;应变率相同时,高温下混凝土的损伤区域明显大于冷却后;随着温度的升高,高温下或冷却后试件的极限黏结强度均线性下降;相同温度环境下,应变率增加使得极限黏结强度非线性提高;预测结果与试验结果的良好吻合,说明本文提出的经验公式可以合理反映钢筋-混凝土动态极限黏结强度的高温效应。     

高温后混凝土SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置,对常温和经历200℃、400℃、600℃、800℃高温作用后的混凝土进行冲击压缩试验,得到动态压缩应力-应变曲线,分析弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响.结果表明:弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系.温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400℃时与常温接近,400℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800℃不足常温试件的30％.高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400℃降低最为明显.     

高温后混凝土的SHPB试验研究

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,简称SHPB）试验装置,对常温和经历200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃高温作用后的混凝土进行了冲击压缩试验,得到了动态压缩应力-应变曲线,分析了弹速、温度对平均应变率的影响以及温度、平均应变率对动态抗压强度的影响。结果表明：弹速与平均应变率之间、平均应变率与动态抗压强度之间都近似呈线性关系。温度对混凝土动态性能影响显著,在相同弹速下与常温情况相比,200 ℃时平均应变率有所提高、动态抗压强度有所降低,400 ℃时与常温接近,400 ℃以后平均应变率随着温度增加而提高,而动态抗压强度随着温度的增加而急剧下降,至800 ℃不足常温试件的30%。高温将降低混凝土的应变率敏感性,其中以400 ℃降低最为明显。     

温度对PVA/ECC动态压缩性能影响

为研究不同温度、不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量和不同应变率对高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA/ECC)动态压缩性能的影响,采用直径50 mm分离式霍普金森压杆(SHPB),对高温浸水冷却后的PVA/ECC进行了冲击压缩试验,结果表明：当温度≥250℃,PVA/ECC试件冲击破坏后的整体性变差,应力-应变曲线更趋于扁平,其动态峰值应变提高不明显但动态峰值应力、冲击韧度显著降低,且高温对较大纤维体积掺量PVA/ECC动态峰值应力、冲击韧度的劣化效应更明显;温度≤150℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应力、峰值应变和冲击韧度均明显提高,但当温度≥250℃时,增大PVA纤维体积掺量,PVA/ECC动态峰值应变增大,而冲击韧度的提高幅度显著降低且动态峰值应力下降;高温水冷后的PVA/ECC仍具有明显的应变率效应,但温度≥150℃后,其抗压强度的应变率敏感性有所降低。     

聚碳酸酯透明板材的高温力学行为实验研究

在温度为175～200℃、应变率为0.001～0.1s-1的范围内通过Meissner新型拉伸流变仪对聚碳酸酯进行了恒应变率下的高温单轴拉伸实验.结果表明:聚碳酸酯的高温力学行为具有明显的温度效应和应变率效应,其真应力-真应变曲线存在明显的非线性.     

高温后钢管RPC抗冲击压缩特性与极限强度计算

采用φ74 mm分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,简称SHPB）试验装置对30块高温后的钢管活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube,简称钢管RPC）进行了不同应变率的冲击压缩试验,得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变关系和破坏形态,提出了高温后钢管RPC动态峰值应力和峰值应变预估方法。结果表明,高温后钢管RPC具有明显的应变率效应,经历高温作用后的钢管RPC仍保持较高的强度,较好的延性和整体性。含钢率对钢管RPC动力性能有显著影响,初始弹性刚度和峰值应力随含钢率提高而明显增大。理论计算结果与试验结果吻合良好,能够较好预测高温后钢管RPC的动态峰值应力和峰值应变。     

高温后钢管RPC动态力学性能及数值模拟研究

采用φ74 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)装置对30块高温后的钢管活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete-Filled Steel Tube,钢管RPC)进行了不同应变率的冲击压缩试验,得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变关系和破坏形态。利用ANSYS软件模拟了钢管RPC截面温度场分布,然后根据加权平均法得到高温后钢管RPC的轴心抗压强度代表值,最后采用LS-DYNA软件模拟了高温后钢管RPC动态力学行为。结果表明,高温200~300℃后钢管RPC具有明显的应变率效应,经历高温作用后的钢管RPC仍保持较高的强度,较好的延性和整体性,变形能力有所增强。基于*MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3模型的数值模拟结果与试验结果吻合良好,能够较好预测高温后钢管RPC的动态峰值应力。     

Experimental study on dynamic behaviours of concrete after exposure to high temperatures up to 700 °C

A Split Hopkinson pressure bar were used to experimentally study the dynamic behaviours of normal-strength concrete after exposure to elevated temperatures up to 700 °C. The dynamic strength and stress–strain relation curves of fire-damaged concrete were measured to unveil the effects of high temperature and strain rate on the dynamic behaviours of fire-damaged concrete. Test results showed that fire-damaged concrete still experienced remarkable strain rate effect and the dynamic stress versus strain relations of fire-damaged concrete were significantly different from those of concrete at room temperature. There was no obvious effect of temperature and strain rate on the shape of the ascending branches of normalized stress–strain relation curves of concrete after exposure to high temperatures. The tested results also showed that high temperature and strain rate had remarkable effect on the dynamic increase factor (DIF) for the fire-damaged concrete. The effect of high temperature on DIF of the fire-damaged concrete decreased as the temperature increased. The tested results can be a basis for assessing the impact resistance and anti-collapse resistance of fire-damaged concrete structures.     

高温后碳纤维布约束混凝土轴压力学性能试验

通过对20个经历四种不同高温后的素混凝土和无机胶粘贴碳纤维布加固混凝土圆柱体的轴压力学性能试验,研究了无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土在经历不同高温后抗压强度、极限压应变和应力-应变关系的变化,得出所经历高温过程对其轴压力学性能的影响。结果表明:无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土经历高温后的破坏形态与常温下基本相似;其抗压强度在经历100℃高温后,下降仅5%左右,在经历200℃、300℃和400℃高温后,约为常温试件的85%~90%;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的极限压应变在100℃高温后略有减小,在200℃~400℃高温后则比常温下增大20%左右;碳纤维约束对核心混凝土抗压强度的提高作用,会随试件所经历温度的升高而逐渐增大;无机胶粘贴碳纤维布约束混凝土的应力-应变曲线在经历高温后会明显趋于扁平,并且多了一个呈上凹状的压密阶段。     

Fe-36Ni高温高应变率动态力学性能及其本构关系

为研究Fe-36Ni因瓦合金的动态力学性能及其本构关系,在20～800℃和10-3～104 s-1的应变率内,采用电子万能试验机和高温分离式霍普金森压杆分别对Fe-36Ni因瓦合金进行准静态实验和动态压缩实验,得到其高温、高应变率下的应力-应变曲线.结果表明,Fe-36Ni因瓦合金的流动应力表现出较强的应变率和温度敏感性,随着应变率的增大而增大,随着温度的升高而减小.采用改进应变率项和温度项的Johnson-Cook本构方程拟合了Fe-36Ni因瓦合金在高温、高应变率下的动态塑性本构关系,拟合结果与试验数据吻合很好.     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10-5 s-1、10-3 s-1和0.067 s-1。结果表明:随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

不同温度环境中沥青混凝土动态抗压性能试验研究

为研究沥青混凝土在不同温度环境中的动态力学特性,该研究在-20~30℃和10-5~10-2 s-1条件下对其进行了动态抗压试验研究。试验结果表明:温度和应变速率对沥青混凝土的力学性能有显著影响,降低温度或增加应变速率导致抗压强度和弹性模量增加,峰值应变减小;当温度大于20℃或小于-10℃时,应变速率由10-5 s-1增加到10-2 s-1,温度对抗压强度和弹性模量的影响逐渐减小,该研究提出的温度影响因子经验公式较好地反映了抗压强度和弹性模量随温度变化的规律。在-20~0℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈线性增长;在0~30℃温度区间,抗压强度和弹性模量的动态增强因子随应变速率呈非线性增长。在此基础之上,基于时温等效原理,建立了沥青混凝土抗压强度和弹性模量的计算模型。该模型考虑了温度和应变速率对沥青混凝土的共同作用,与试验结果吻合较好。     

应变率突增对混凝土动态拉伸破坏影响的细观模拟

实际工程中混凝土结构往往遭遇多次动态荷载作用或在承受一定初始损伤荷载基础上再承受不同应变率的动态荷载.建立了哑铃型混凝土三维细观数值模型,模拟不同名义应变率单独作用下混凝土材料的单轴动态拉伸破坏行为,又分别对混凝土单轴拉伸应力应变曲线上升段和软化段的应变率突增行为开展了细观模拟,初步分析了应变率突增行为对动态拉伸破坏强...     

Experimental study on the dynamic compressive mechanical properties of concrete at elevated temperature

Strain rate effect and temperature effect are two important factors affecting the mechanical behavior of concrete. Each of them has been studied for several years. However, the two factors usually work together in the engineering practice. It is necessary to understand the mechanical responses of concrete under high strain rate and elevated temperature. A self-designed high temperature SHPB apparatus was used to study the dynamic compressive mechanical properties of concrete at elevated temperature. The results show that the dynamic compressive strength and specific energy absorption of concrete increase with strain rate at all temperatures. The elastic modulus decreases obviously with strain rate at room temperature and stabilizes at a level with slightly decrease at elevated temperature. The dynamic compressive strength of concrete at 400 °C increases by nearly 14% compared to the room temperature. However, it decreases at 200 °C, 600 °C and 800 °C with the decrease ratio of 20%, 16% and 48%, respectively. The dynamic elastic modulus decreases largely subjected to elevated temperature. The specific energy absorption at 200 °C, 400 °C and 600 °C is higher than room temperature and decreases to be lower than room temperature at 800 °C. Formulas are established under the consideration of mutual effect of strain rate and temperature.     

高强钢TRB高温下热流变特性

为了准确仿真高强钢板热冲压成形过程,获得高强钢高温下的材料本构关系模型,利用Gleeble3500热模拟试验机在不同温度和应变速率下对不同厚度的高强钢B1500HS钢板进行了单向拉伸试验,获得各种工艺条件下的应力-应变曲线,并基于变形抗力数学模型,引入板材厚度参数,通过最小二乘法进行数据拟合获得高强钢TRB高温下的材料本构关系.利用试验结果对本构关系模型进行的拟合验证表明,拟合程度较好,说明建立的材料本构关系能很好地描述高强钢TRB在高温下的应力-应变关系.