混凝土材料动态力学性能的实验研究

本文利用改装的直锥变截面式φ７４ｍｍ大尺寸Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对混凝土材料试件（φ７２×３６）进行了冲击压缩实验。为了避免这种装置加载波波头部分对混凝土材料实验数据精度的影响,在实验过程中还采用了予留间隙法。实验结果表明,混凝土材料不仅具有敏感的应变率效应,还具有十分明显的损伤软化效应。     

变强度混凝土夹层切裂爆破

根据爆炸应力波理论和断裂面成缝机理，应用大不偶合装药系数与导向孔，有效地控制爆破裂隙的发展方向和断裂范围，成功地爆破了不同强度结构中的混凝土夹层。     

活性粉末混凝土的层裂性能研究

采用60%的超细工业废渣取代水泥制备了一种生态型的活性粉末混凝土(RPC),采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的RPC材料进行了层裂性能实验.研究得出了入射波强度和冲击次数对层裂过程中应力波传播的影响规律.按一维弹性波理论编写了入射压缩波和反射拉伸波在试件自由端附近相互作用的程序,计算出试件自由端附近拉应力的分布,由试件的层裂位置得到材料的层裂强度.结果表明,随着入射波强度的增加和冲击次数的提高,材料的拉伸损伤逐渐增加,反射拉伸波的强度逐渐降低.RPC材料层裂强度和破坏形态具有明显的应变率效应,层裂强度和破坏程度随着应变率的提高而增加.通过纤维的增强作用,层裂裂缝的宽度和深度都降低了.     

超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究

层裂是材料遭受冲击、爆炸等高速荷载时的一种常见破坏方式。该文利用直径80 mm的霍普金森杆实验装置,研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC(Ultra High Toughness Cementitious Composites)中应力波的传播特性和材料的层裂强度。通过在试件表面粘贴5组应变片,获得了在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa打击气压下,UHTCC中应力波的传播曲线。利用高速摄影机记录层裂试验,观测了UHTCC的层裂破坏过程。由试件表面应变片测得的应力波曲线,计算了材料中的应力波波速、动态弹性模量,分析了应力波在该材料中传播的衰减规律,并计算出不同打击气压下材料的层裂强度及应变率。试验结果显示:UHTCC的层裂过程相比混凝土具有更多的韧性特征;UHTCC中的应力波峰值在0 mm～500 mm范围内衰减迅速;在同等应变率下,UHTCC与静态抗拉强度相近的混凝土相比,层裂强度高出10 MPa左右,且UHTCC的层裂强度具有明显的应变率敏感性。     

对于层裂强度传统测定方法有效性的讨论

基于Gathers的工作,对试件靶背部贴有低阻抗材料的平面冲击波致层裂试验,导出了传统方法测定层裂强度的一般方程,在无低阻抗材料且作声学近似的条件下,即为Novikov的测定层裂强度的方程。研究指出,传统方法确定的层裂强度测定方程仅仅可能对采用瞬时层裂准则得到的数值模拟的层裂信号有效。数值模拟表明,层裂面上的由损伤演化引起的应力松弛严重影响层裂片中的应力剖面,因而影响靶板自由面速度历史或靶板-低阻抗材料界面应力历史。研究揭示,传统方法导出的估算层裂强度方程由于没有计及应力松弛,对于实测的靶板自由面速度历史或靶板-低阻抗材料界面应力历史并非有效。     

分离式Hopkinson杆实验技术在混凝土材料动态力学性质研究中的应用综述

针对大直径Hopkinson杆实验技术在混凝土类脆性材料动态力学特性研究中的广泛应用,综述常规分离式Hopkinson杆实验技术在混凝土材料动态力学性质研究中面临的挑战与存在的关键问题,分别总结混凝土材料动态压缩和拉伸力学性质测试中常用的Hopkinson杆实验技术,并指出其局限性和不足之处。     

轴向钢筋增强混凝土一维应力层裂实验研究

基于Φ74mmSHPB实验平台进行了混凝土及轴向钢筋增强混凝土(UDRC)杆的一维应力层裂实验,采用超高速相机拍摄实验中杆表面的实时变形情况,使用数字图像相关法(DIC)分析杆表面的位移场及应变场演化过程,探讨混凝土及增强混凝土在应力波加载过程中发生拉伸断裂(层裂)的规律,并进一步结合有限元分析了钢筋在层裂过程中的作用。结果表明:UDRC杆中应力波的传播满足一维应力假设;钢筋对UDRC发生拉伸层裂的影响可以忽略,而在混凝土基体断裂后将使结构保持完整;断裂试件中的裂纹在拉压应力波交替作用下反复张开闭合,随着应力波在杆中的衰减而趋于稳定;UDRC与混凝土的层裂强度基本相同,且具有相似的应变率增强效应;在实验加载范围内,光圆钢筋和螺纹钢筋的结构增强效果没有区别。     

高强混凝土层裂数值仿真

为军事防护工程的安全合理设计提供关键的材料特性参数,研究高强混凝土(HSC)在冲击作用下的动态性能响应,采用软件LS-DYNA对C80级HSC在霍普金森压杆(HPB)装置上的冲击层裂过程进行数值仿真分析。仿真表明:应力波在混凝土试块的传播过程中,波形基本保持不变,且峰值震荡不明显;随着冲击速度的增大,混凝土试块的破坏越来越严重;横截面内层裂裂缝由试块表面向内部扩展。数值仿真结果与试验结果有较好的相似性,基本能够反映出HSC试块在HPB冲击层裂试验过程中的受力与破坏特征,由试验结果修正后的HJC本构参数可为后续HSC层裂性能的进一步研究提供参考。     

近距爆炸作用下叠层复合夹芯板局部层裂破坏的理论研究

运用一维波动理论研究复合夹芯板中波的传播与局部层裂破坏,考虑应力波在夹芯板各层之间的反射和透射,得到了各层介质中压力时程的理论计算公式,建立了一维平面波荷载在夹芯板中传播的理论计算方法。基于动量定律和第一强度理论,得到了夹芯板运动与破坏特征的理论计算公式。理论计算结果与试验结果的比较分析证明了理论计算方法的正确性。夹芯板对爆炸荷载防护特性的分析表明,虽然第一层钢板和夹芯层可以显著降低爆炸冲击波的峰值,但第二层钢板才是抵御爆炸冲击波的主要部位,而复合夹芯层的剥落破坏也需重点关注。     

不同材料的绝热剪切行为研究

在分离式Hopkinson压杆装置上对不同材料和形状的试样进行了冲击实验.用光学显微镜和扫描电子显微镜对材料的微观组织进行了观察和分析,观察到有些材料的试样中出现绝热剪切带这一变形局域化现象.试验结果表明,材料的常规性能和试样的形状对绝热剪切过程有明显影响.     

静载和动载下不同龄期混凝土力学特性的试验研究

利用杆径为75mm的SHPB试验装置对5种不同龄期下的混凝土分别进行了冲击压缩试验,系统了解了冲击载荷对不同龄期支护混凝土力学特性的影响。为了进行对比,利用INSTRON系统也进行了相应龄期下的静载压缩试验。试验研究表明：静载下混凝土强度、割线弹性模量随龄期增长而增长,其中强度增长主要集中在龄期7d以前,割线弹性模量增长则集中在龄期14d以后,而峰值应变随龄期增长整体上呈减小的趋势;动载下混凝土强度、峰值应变以及单位体积吸收能随着龄期增长而增长,在各个龄期都表现出对应变率具有一定的敏感性,其中不同龄期混凝土的动态强度随应变率增加呈现指数函数增长趋势。不同龄期的混凝土在动载下以拉伸破坏为主,静载下基本呈现剪切破坏形式。     

活性粉末混凝土冲击压缩性能实验研究

通过对活性粉末混凝土材料进行Hopkinson压杆冲击压缩实验,得到不同钢纤维含量的活性粉末混凝土在不同应变率下的应力-应变全曲线,并给出了不同应变率下材料的动态压缩强度和动态增长因子,实验结果表明,活性粉末混凝土具有应变率敏感性,钢纤维的掺入部分提高了材料的冲击压缩性能。     

纤维高强混凝土的动态力学性能试验研究

为研究纤维高强混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,采用大尺寸φ75mm Hopkinson压杆,对三种纤维含量的钢纤维高强混凝土、PVA纤维高强混凝土试件进行了三种应变率范围的冲击压缩试验,得到了它们在较高应变率范围内的动态应力-应变关系。试验表明纤维高强混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内纤维高强混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的。纤维高强混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大。钢纤维和PVA纤维对混凝土耗能能力的改善和提高表现在材料达到峰值应力后开始破坏的过程中。同时也对两种纤维高强混凝土材料的纤维增韧特性及耗能机理也进行了分析和探讨。     

高渗透孔隙水压对混凝土力学性能的影响试验研究

模拟高坝混凝土工作环境,将混凝土标准试件浸没于高压水体中,在混凝土内造成高渗透孔隙水压,研究高孔隙水压作用后混凝土产生的强度、弹性模量,含水量和声速等宏观指标的变化。试验中具体开展了混凝土试块外不同水压（孔隙水压）、不同时间、不同混凝土等级、不同最大骨料粒径4个因素的影响研究。试验采用正交试验设计法进行设计,关于高渗透...     

聚能杆式弹丸侵彻混凝土实验研究

为了研制有效打击坚固目标的串联随进式攻坚武器,设计并制作了能形成聚能杆式弹丸的新型聚能装药,对混凝土和钢筋混凝土进行侵彻试验。试验结果表明:扁平型和尖顶型聚能装药都能对混凝土靶和钢筋混凝土墙产生一定的侵彻效果,并形成具有较大直径的侵彻孔。相比之下,尖顶型装药对目标的侵彻破坏能力更强,能贯穿80cm厚的钢筋混凝土墙,为后级战斗部的顺利侵入提供了通道。相同的聚能装药在同等试验条件下对圆柱形混凝土靶和钢筋混凝土墙的表面破坏效果差异较大,说明钢筋网和靶体边界效应在侵彻中起重要作用。     

基于微观结构分析的再碱化对高温后混凝土抗压强度修复试验研究

该文对高温作用经再碱化修复后的混凝土进行了压汞测孔试验及抗压强度试验,研究了混凝土微观结构与其宏观力学性能之间的关系。试验结果表明,高温后混凝土的抗压强随着温度升高呈现下降的趋势,混凝土的微观结构变差,粗大孔明显增多;经再碱化修复后,混凝土的抗压强度得到一定程度的提高,微观结构得到明显改善,粗大孔明显减少。混凝土微观结构的变化与其宏观力学性能一致,说明了再碱化可以一定程度的修复高温作用后混凝土的力学性能,同时改善混凝土的耐久性能。     

不同强度等级混凝土遭受超低温冻融循环作用的受压强度试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土经历0次、16次和30次温度区间分别为15℃~-120℃和15℃~-190℃的冻融循环作用试验,探讨不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下受压强度变化规律。试验结果表明,不同强度等级混凝土试件上下限温度时加载的破坏形态基本上类似、均大致呈对顶锥状,但其破坏面状况等破坏特征有所不同。经历各种超低温冻融循环作用工况混凝土上、下限温度时的相对受压强度随其含水率增加基本上均呈下降趋势。而随强度等级提高,上限温度时混凝土相对受压强度呈增大态势,但各强度等级混凝土均随冻融循环作用次数的增加呈下降趋势;下限温度时不同超低温温度区间的混凝土相对受压强度虽也基本上有所增大,但增大的原因存在明显的差异。给定的超低温冻融作用温度区间工况下各强度等级混凝土下限温度时相对受压强度随冻融循环作用次数增加的变化趋势相似,但不同温度区间时却不同。超低温冻融作用对混凝土性能影响与常规冻融作用不同,其受压强度恶化更为严重。实际工程中不能直接地将常规冻融循环作用研究结果应用于设计具有超低温冻融作用的混凝土结构。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明：采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。