混凝土动态受压力学特性的试验研究与数值分析

采用MTS液压伺服系统对C30、C40两种混凝土进行了不同应变速率下的单轴抗压试验,系统研究了应变速率对混凝土抗压强度、弹性模量及应力应变曲线的影响,给出了描述混凝土在应变速率影响下的抗压强度变化的表达式;并应用有限元法,对简支梁进行了结构动力响应分析,结果表明:两种强度混凝土的抗压强度、弹性模量随着应变速率的增加呈明显增加的趋势,混凝土在动态荷载作用下的应力应变曲线与静态荷载下的应力应变曲线具有很好的相似性;同时,动态荷载作用下,梁中应力发生重分布,应变速率对混凝土结构的动力响应具有显著的影响,需要在混凝土结构设计中充分重视荷载动力效应的分析.     

湿筛二级配大坝混凝土动态双轴拉压强度与破坏准则

目的研究湿筛混凝土在双轴动态等比例拉压荷载作用下的动态力学特性,建立湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则.方法利用大型液压伺服静、动态三轴试验设备,对长宽高为150 mm×150 mm×300 mm湿筛二级配大坝混凝土棱柱体试件进行等比例双轴动态拉压加载试验,应变速率取10^-510^-2s^-1.结果湿筛混凝土的动态强度提高效应无法抵消双轴拉压作用的强度降低效应,双轴动态拉压强度普遍低于单轴静态强度;湿筛混凝土双轴拉压强度的动态增长幅度与水工大骨料混凝土相当,均远高于相同条件下的普通混凝土.结论通过对试验数据的拟合,得到湿筛混凝土双轴动态拉压强度准则,为大体积混凝土结构进行非线性分析、探索动态强度机理提供数据支持和依据.     

双向等比例加载下的混凝土动态抗压性能

为了研究混凝土试件在多轴受力、不同应力途径下的动态力学性能,采用大型静动态电液伺服试验系统,对混凝土试件进行双轴应力状态下等比例加载的动态抗压试验.双轴加载比例为1∶0、1∶05、1∶1,应变速率分别为10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s、10^-2/s 4个量级.通过试验,研究了在不同应变速率、不同应力比情况下,混凝土抗压强度、弹性模量、峰值应变、应力应变曲线的性能.试验结果表明,随着应变速率的提高,各种应力比下混凝土的抗压强度、弹性模量均有提高.在相同应变速率下,与单轴动态受压相比,1∶0.5的应力比其抗压强度提高幅度大.     

混凝土动态拉伸试验及其数据分析方法研究

在MTS电液饲服万能试验机上对64个哑铃形试件在应变速率10-5~10-0.3/s内进行单轴直接拉伸试验,研究了混凝土强度、含水量、应变速率对混凝土直接拉伸特性的影响.结果表明:随着应变速率的提高,混凝土动态拉伸强度明显增加;含水量较高的混凝土其拉伸强度提高更显著.针对混凝土动态特性影响因素众多的特点,提出利用人工神经网络方法来综合反映多种因素对混凝土动态特性的影响作用.与传统动态试验数据分析方法比较表明:利用人工神经网络来分析研究多种因素影响的混凝土动态特性,是一种简便、适用的新方法.     

大掺量粉煤灰超高性能钢纤维混凝土的静动态力学行为

研究了4种不同钢纤维掺量(体积掺量分别为0%,1.0%,1.5%,2.0%)的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的单轴压缩强度、弹性模量、单轴抗拉强度、弯曲韧性、断裂韧性、断裂能等静态力学行为,以及高速冲击、压缩作用下的应力波传播规律、应力–应变曲线和破坏特征等动态力学行为.结果表明:掺加钢纤维的大掺量粉煤灰超高性能混凝土的轴心抗压强度、弹性模量和抗拉强度略有增大,韧性指数、残余强度、断裂韧度和断裂能成倍提高;未能增加冲击、压缩作用下的应变率效应程度,但却增大动态应力–应变曲线下的面积,提高试件破坏的应变率阈值,使混凝土存在裂而不散的破坏现象.     

有压水环境下循环荷载历史对饱和混凝土动态力学特性的影响

为研究有压水环境中循环荷载历史对混凝土动态力学性能的影响,对历经不同荷载循环次数（0、25、50、100次）的水饱和混凝土试件（在2 MPa围压水环境中）进行了不同应变速率（10^-5、10^-4、10^-3、10^-2/s）下的常规三轴静动态压缩试验,分析了混凝土材料的峰值应力、峰值应变、弹性模量、吸能能力等基本力学参数的变化规律和机理。结果表明：同一加载速率下,水饱和混凝土的峰值应力、弹性模量和吸能能力均随循环次数的增长呈现出先增大后减小的规律,并且峰值应力和吸能能力增减的转折点随着应变速率的提高而向荷载循环次数增大的方向平移,峰值应变整体上呈减小的趋势;相同荷载循环次数后,峰值应力、峰值应变和吸能能力随着加载速率的增大而逐渐增大,并且荷载循环次数越大,率效应越显著,弹性模量随着加载速率的增大而逐渐较小。     

水压力环境中混凝土经历循环荷载后的抗压强度

研究了水压力环境中混凝土在经历循环荷载后的动态压缩强度,分析了水压力和循环次数对混凝土强度的影响。试验应变速率为10^-5/s、10^-4/s、10^-3/s和10^-2/s,水压为0~10 MPa。试验结果表明,在不同水压力下饱和混凝土的强度都随应变速率提高而增加,也随水压力提高呈增加地趋势。在相同水压力下,应变速率越高,混凝土强度提高越显著。饱和混凝土经过循环荷载后,其强度随荷载循环次数的增加呈现出先提高后降低的现象。应变速率越高,混凝土强度最大时所对应的荷载循环次数也相应增加。还构建了饱和混凝土强度与应变速率、水压力的关系,其与试验数据吻合较好。进一步引入了管道孔隙模型,并基于汞压法的原理和孔隙分布特点,考虑混凝土孔隙的微观结构解释了孔隙水对混凝土强度的作用机理。     

应变速率对注浆体力学特性影响规律

为研究微震荷载作用下注浆加固体力学特性,以裂隙倾角30°、宽度4 mm的红砂岩裂隙注浆体为研究对象,借助岩石三轴伺服压力机进行变应变速率(10^-5 ~5×10^-3 s^-1)单轴压缩试验;然后从能量耗散、裂纹扩展及破坏形态等3个方面,分析变应变速率对注浆体力学特性的影响规律及机理. 研究表明:随着应变速率的增加,注浆体的峰值强度、弹性模量均随之而增大;且峰值强度与应变速率呈指数函数关系变化;注浆体受应变速率影响的响应分为敏感应变速率阶段和滞缓应变速率阶段,主要差异在于峰值强度变化率和弹性模量变化率;随着应变速率的增大,注浆体的总能量在增大;压密阶段是影响不同应变速率下注浆体力学特性的主要阶段;敏感应变速率阶段和滞缓应变率阶段中的压密阶段主要区别在于积散比大小,积散比进一步决定产生裂纹的多少和分布区域与规律;耗散能密度对注浆体破坏脱落面积以及粒径分布影响较大,耗散能密度越大,碎块越以大块为主(粒径大的比率逐渐增加),滞缓应变率阶段耗散能密度较敏感应变率阶段大,其破碎块体较敏感应变率阶段大. 研究在裂隙注浆加固体的变应变速率影响下力学特性,从能理原理、分形理论角度得到了其影响机理.     

循环孔隙水作用下混凝土动态特性试验研究Symbol`@@

对0、10、50次孔隙水循环下不同应变速率(10 -5、10 -4、10 -3、10 -2/s)的混凝土和中低应变速率(10 -4、10 -3/s)下不同孔隙水循环次数(0、10、50、100、200次)的混凝土进行了常三轴压缩试验,试件尺寸为300 mm×600 mm。对循环孔隙水压作用后混凝土的峰值应力物理力学参数的变化规律进行了统计分析,并对混凝土在不同加载速率下的吸能变化规律进行了分析。结果表明：随着应变速率增大,混凝土的峰值应力呈增大趋势,随孔隙水压循环次数的增加,峰值应力大体呈现先增大后减小的阶段性变化;混凝土的吸能能力随加载速率的增加,表现出明显增大的趋势。混凝土的吸能能力随孔隙水压循环次数的增加表现出一定的离散性,但整体上呈先增大后减小的趋势;选用基于Weibull统计理论的混凝土材料分段式动态损伤本构模型对试验数据进行拟合,经验证,此模型与试验结果吻合较好。     

钢纤维混凝土轴心受拉性能试验研究

研制出应用辅助刚性架加载和两端埋设钢筋的变截面轴心受拉试件,在普通试验机上进行了钢纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线测试试验,研究了钢纤维含量特征值、钢纤维类型对钢纤维混凝土轴心抗拉强度和应力-应变全曲线的影响规律,提出了钢纤维混凝土轴心抗拉强度计算公式和轴心受拉应力-应变全曲线的解析表达式,为工程应用提供了有价值的参考.     

Analysis of Dynamic Tensile Process of Fiber Reinforced Concrete by Acoustic Emission Technique

The fiber reinforced concrete has good dynamic mechanical properties. But corresponding research lacks the dynamic damage characteristics of the polypropylene fiber (fiber of low elastic modulus) and steel fiber (fiber of high elastic modulus) reinforced concrete under medium strain rate (10^-6 s^-1-10^-4 s^-1). In order to study the effect of strain rate on the damage characteristics of fiber reinforced concrete during the full curve damage process, the real time dynamic acoustic emission (AE) technique was applied to monitor the damage process of fiber reinforced concrete at three strain rates. The AE wavelet energy spectrum in ca8 frequency band and average AE peak frequency at three strain rates were analyzed. With the accumulation of damage, the AE wavelet energy spectrum in ca8 frequency band increased first and then decreased, and the average AE peak frequency increased gradually. With the increase of strain rate, the AE wavelet energy spectrum in ca8 frequency band and average AE peak frequency decreased gradually. The polypropylene fiber content has more obvious effect on the Dynamic increase factor (DIF) of the peak stress than the steel fiber content. The theoretical basis was provided for the monitoring of dynamic damage of fiber reinforced concrete based on the AE technique.     

包浆再生粗骨料对自密实混凝土力学性能及抗冻性的影响

通过自密实包浆再生骨料混凝土力学性能及快速冻融循环试验,从试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及冻融后试件的质量损失率、抗压强度损失率及相对动弹性模量角度研究了再生粗骨料包浆对自密实再生混凝土性能的影响,结合SEM电镜试验从微观上分析了骨料包浆对混凝土抗冻性能的改善机制.结果 表明:普通混凝土和再生混凝土的劈裂抗拉强...     

早龄期混凝土力学性能试验及其单轴本构模型

为了研究早龄期混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、静力受压弹性模量以及单轴受压应力应变曲线的规律,进行了系统的加载试验和试验数据分析.总结了早龄期阶段力学指标随龄期的变化规律以及与立方体抗压强度之间的换算关系,通过拟合相关参数,提出了分段式的受压应力应变全曲线拟合公式,拟合结果与试验数据吻合较好.试验结果表明,早龄期C40混凝土的强度和弹性模量随着龄期非线性增长,7 d是增长变化的分界时点;随着龄期的增长,峰值应变减少,脆性变大;早龄期C40混凝土的单轴受压应力应变曲线与充分养护龄期混凝土形状相似.     

添加不同纤维的高性能混凝土力学性能试验

通过试验研究了弹性模量具有明显差异的3种纤维对于混凝土的力学性能改善所起的作用,以及钢纤维、碳纤维和聚丙烯纤维单掺或复掺对于混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量的影响。结果表明：添加0．5％高弹性模量的钢纤维对于混凝土的强度和弹性模量均有提高作用,复掺0．3％钢纤维和0．2％碳纤维的混凝土抗拉强度的提高大于抗压强度;添加0．5％钢纤维的混凝土HPC-2的弹性模量最大,比基准混凝土提高6．5％;添加0．2％聚丙烯纤维的混凝土HPC-3的弹性模量最小,且小于基准混凝土;此外,混凝土抗压强度的影响程度与纤维的弹性模量的关系更为直接,混凝土劈裂抗拉强度的改善与纤维的抗拉强度的关系更为直接,纤维的弹性模量与基体弹性模量的比值,对复合材料的弹性模量有直接的影响。     

P波空间斜入射下沥青混凝土面板堆石坝响应特性及面板破坏评价

地震波入射方位和斜入射角度对于沥青混凝土面板堆石坝地震响应结果有着显著影响。本文从地震动传播机制出发,基于波场叠加原理,推导了P波以任意入射方位角和斜入射角空间斜入射下弹性半空间自由场计算公式,建立了P波空间斜入射波动输入模型。以不同应变率下的沥青混凝土单轴动态拉伸试验结果为基础,提出了考虑抗拉强度随应变率实时变化的沥青混凝土面板破坏评价方法。考虑16种不同入射方位角和斜入射角下的P波空间斜入射工况,从面板应力和加速度两方面分析了入射方位角和斜入射角对某实际沥青混凝土面板地震响应特性的影响,并进行了沥青混凝土面板的抗拉破坏评价,分析了静态评价方法与动态评价方法的差异。结果表明,所建立的P波空间斜入射波动输入模型能够准确模拟半空间自由场,波动输入数值解与解析解符合良好;与垂直输入射相比,面板顺水流向、垂直水流向加速度峰值最大分别增加135.9%和92.7%,竖向加速度峰值最大减少68.3%;空间斜输入导致面板动应力增大,主拉应力和主压应力最大分别增加3.6倍和2.7倍,忽略入射方位角和斜入射角可能会严重低估面板的地震响应。传统将静态强度提高30%作为动态强度的面板抗拉破坏判别方法过于严格,本文提出的考虑应变率效应的沥青混凝土面板破坏评价方法较为符合实际。     

活性粉末混凝土冲击压缩性能及本构关系

为了克服传统活性粉末混凝土（RPC）须高温蒸养的缺点,采用粒化高炉矿渣代替部分水泥制备出免蒸养RPC,利用直径为80 mm的霍普金森压杆试验系统（SHPB）对免蒸养RPC进行冲击压缩试验研究,探究率效应对免蒸养RPC动态力学性能的影响规律,建立动态本构模型. 结果表明：在10~290 $ {{\rm{s}}^{ - 1}}$的应变率范围内,免蒸养RPC的峰值应力、峰值应变和冲击韧性表现出明显的率敏感性,而弹性模量在不同应变率下基本保持不变. 改进型Z-W-T黏弹性本构模型和基于Weibull分布的模型均能对免蒸养RPC的动态应力-应变曲线进行较好的描述,基于Weibull分布的模型所含参数相对较少,根据模型中各参数与应变率之间的关系可以对不同应变率下的应力-应变曲线进行预测.     

Dynamic Tensile Properties of Concrete under Different Environments

1 IntroductionAlot of research works have been conducted sinceAbrams observed the rate sensitivity of concrete when hecarried out compressivetestsin1917 .Virtually,most da-ta available are concentrated on the dynamic compressivestrength whereas less onthe dynamic tensionfor the rea-son of the complication and difficulty in performing dy-namic tensile tests .Some experiments were conducted toinvestigate the effect of water content onthe rate sensitivi-ty of concrete by splitting[1],others[2 ,3]…