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《重庆大学》 2011年 博士论文
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混凝土高温静动力学特性研究

贾彬  
【摘要】:混凝土是一种在民用工程、工业工程以及军事工程中得到广泛应用的承重结构材料,其工作过程中要承担静态载荷、冲击动态载荷及高温等异常环境作用,为了更好地设计和分析这些混凝土结构,必须对混凝土材料在各异常条件下的相关力学特性进行充分研究。迄今为止,由于混凝土高温力学试验技术及数值模拟技术尚不完善,使得人们对混凝土材料在高温作用下的力学性能认识受到制约。围绕这一课题,本文对混凝土高温静动态力学特性做了以下几个方面的研究: ①混凝土高温静动力学特性试验技术研究。采用电液伺服万能试验机系统与微波加热技术设计出混凝土高温试验系统,对其测温设备、保温技术及试件温度分布等进行系统分析,并通过验证性试验结果分析其有效性。针对分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行混凝土高温动态试验技术研究,理论分析混凝土试件与波导杆的阻抗匹配、试件应力均匀性等,对试验温度变化过程进行测试与分析,最终建立混凝土高温SHPB试验技术。 ②混凝土高温静态力学特性试验研究。完成了常温20℃至600℃的混凝抗压强度试验,分析抗压强度、峰值应变、弹性模量随温度变化规律,并拟合出经验公式,建立了混凝土高温破坏准则。通过对试验应力-应变曲线与文献经验公式的对比分析,论证了高温静态试验技术的可靠性,为今后试验技术提供参考。 ③混凝土高温动态力学特性试验研究。通过混凝土常温SHPB试验分析了混凝土动态抗压强度的应变率效应,以动态应力-应变曲线分析了高应变率下混凝土损伤演化规律。完成系列混凝土高温SHPB试验,得到不同温度混凝土动态破坏形式,分析抗压强度、应变率与温度、加载速率的相关性,提出了混凝土应变率强化效应与高温弱化效应相互耦合演化规律。系列混凝土高温动态应力应变曲线表明应变率不变情况下混凝土随温度升高其抗压强度降低,而峰值应变越来越大,其韧性有所增加。 ④混凝土高温静动态本构模型研究。综合分析了影响混凝土应力应变曲线的因素,提出了一种包含应变率强化效应与温度弱化效应在内的混凝土统一损伤本构模型。基于损伤断裂概率密度的Weibull理论建立了常温混凝土静态损伤本构模型,添加静态温度弱化因子得到混凝土高温静态损伤本构模型,添加应变率强化因子得到常温混凝土动态损伤本构模型,最后,添加应变率强化因子与温度弱化效应因子得到混凝土高温动态损伤本构模型,并将理论公式与试验数据、已有文献公式及数据进行对比分析,验证模型的有效性。 ⑤采用有限元方法进行混凝土高温静动试验数值模拟,建立混凝土高温条件下的静、动力学试验数值模拟方法,尤其建立了混凝土高温HJC模型参数。结合试验测试温度,获得了整个试验过程中试样温度变化规律,通过数值模拟分析了混凝土高温静动力学特性,再现了混凝土高温试件的破坏现象。数值模拟结果与试验结果较吻合。


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