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EPS混凝土力学性能及抗爆、抗震性能研究

胡俊  
【摘要】:EPS混凝土是一种新型的建筑材料,由于其质量轻、具有良好的抗爆和抗震性能,目前被广泛的应用于工程结构中。因此,其力学行为和吸能特性成为近年来力学及材料科学等学科的研究热点。 本文首先试验研究了不同粒径(3mm、lmm)、不同体积含量(10%、20%、30%、40%)的EPS混凝土静态压缩和静态劈裂性能。分析了不同体积含量EPS混凝土静态压缩应力-应变关系特征;分析了不同EPS颗粒粒径大小对EPS混凝土静态压缩性能的影响;研究了不同硅灰含量(20%、30%、40%)对EPS混凝土静态压缩性能的影响;建立了相对抗压强度(EPS混凝土抗压强度与基体抗压强度之比)与相对密度(EPS混凝土密度与基体密度之比)的关系;试验研究了不同粒径、不同体积含量EPS混凝土的劈裂强度;并且分析了不同计算方法(弹性方法、断裂力学方法)对EPS混凝土劈裂性能的影响;建立了EPS混凝土抗压强度与劈裂强度之间的函数关系;分析了EPS混凝土静态压缩破坏形态。 借助霍普金森压杆(SHPB)对不同粒径、不同含量的EPS混凝土的动态压缩性能进行了研究。EPS混凝土具有明显的率效应;EPS混凝土在低应变率下表现出明显的三个不同的阶段:弹性区、平台区和致密区,随应变率的增加,这一特性逐渐消失;对于同样体积含量、粒径小的EPS混凝土表现出来的平台区更明显,在本文中分析了产生这种现象的物理机制;在高体积含量的EPS混凝土叶,粒子尺寸效应逐渐消失;随应变率的增加,峰值应力后留有长长地“尾巴”,主要是由于EPS颗粒的粘弹性特性。利用直径为74mm的分离式Hopkinson压杆径向冲击巴西圆盘试样,测试了不同EPS颗粒粒径、不同体积含量的EPS混凝土的动态拉伸性能。实验结果表明:EPS混凝土的劈裂强度随应力率的增加而增加;在体积含量较低的EPS混凝土中,EPS混凝土的劈裂强度表现出一定的粒子尺寸效应,随EPS颗粒体积含量的增加,这一现象逐渐消失;分析了EPS混凝土动态劈裂破坏形态。 采用LS-DYNA软件对含不同密度EPS混凝土夹层的隧道结构进行了抗爆性能研究。对含不同体积含量(30%、40%)EPS混凝土缓冲层的隧道结构进行了抗爆性能模拟。模拟的结果表明:在隧道的顶部加上聚苯乙烯泡沫混凝土缓冲层后,能够很好的使隧道顶部的压强峰值得到降低,并且隧道顶部压强峰值随聚苯乙烯泡沫混凝土厚度的增加而降低;建立了隧道顶部压强峰值衰减指数与聚苯乙烯泡沫缓冲层厚度即相对位移之间的关系。 采用LS-DYNA软件对体积含量为40%的EPS混凝土夹层的隧道结构进行了抗震性能研究。加上40%的EPS混凝土作为缓冲材料,以此改变传统被动抗震设计方法为积极主动抗震设计。通过隧道结构的抗震性能数值模拟分析结果表明:加上缓冲层后,隧道结构最易破坏的拱顶和拱腰的压强和最大主应力能够得到明显的降低;拱顶和拱腰压强峰值平均值和最大主应力峰值平均值随缓冲层厚度增加按指数关系衰减。


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