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混凝土层裂强度的研究

张磊  
【摘要】:本文研究混凝土和钢纤维混凝土的层裂破坏特性,主要讨论了层裂实验技术、混凝土材料的层裂强度、加载率效应、层裂破坏机制、压缩损伤对层裂的影响以及钢纤维混凝土的层裂特点。 混凝土结构在爆炸与冲击等压缩载荷加载时,加载压缩波在自由面反射成拉伸波会导致混凝土的层裂破坏。层裂破坏是爆炸冲击载荷下混凝土结构常见的破坏形式。由于实验技术上的困难,对混凝土层裂研究很少,混凝土的层裂研究具有重要的工程应用价值和学术研究价值。论文首先对传统的间接法测量混凝土层裂强度的实验技术研究概况做出评论,指出其不足之处,在认识到波形弥散和衰减对实验结果的影响的基础上,提出了对传统的层裂实验方法的改进。而所提出的新实验方法,即通过在试件后面放置吸收杆来测量层裂波形,则可以直接测量层裂强度和层裂损伤演化。论文通过三维有限元数值模拟讨论了一维应力假定的有效性,分析了损伤演化过程对层裂波形的影响,对不同种类混凝土在不同加载率时的层裂强度给出了经验公式。对层裂强度的加载率效应,分别用Stefan效应和惯性效应给出解释,结果表明在不同加载率下裂纹扩展方式的不同是引起层裂强度加载率效应的主要原因。加载压缩波对材料损伤会影响混凝土的层裂,文中分别通过压缩损伤后材料层裂强度降低、重复加载对层裂波形的影响和通过高速摄影得到的混凝土层裂顺序等三个方面对此问题进行分析。钢纤维的存在会对混凝土有增强和增韧效果,层裂实验结果很好的证明了这点,同时分别利用复合材料力学和损伤力学理论对其增强和增韧效果进行了解释。最后,论文还讨论了骨料粒径对混凝土层裂强度的影响,骨料粒径越大,则层裂强度越低。


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