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混凝土动态力学性能试验研究与数值分析

刘鹏  
【摘要】:近年来,混凝土材料在土木工程中的应用己广泛遍及各个领域,如建筑、桥梁、市政、交通和水工等。与这些混凝土工程应用繁荣兴旺的背景相比较,对混凝土的受多轴动态荷载如地震作用下的材料特性如强度准则和本构关系等的研究明显赶不上发展的需要。正确合理的揭示混凝土材料的在动态荷载作用下的破坏机理,已成为混凝土材料性能研究进一步发展的关键,因此有必要对混凝土在动态受压荷载下的动态特性和破坏特征进行深入细致的研究。 鉴于此,本文在对各种混凝土动力性能试验方法进行对比分析的基础上,在国家自然科学基金“含有率效应的新型粘弹-塑性统一本构模型及水工抗震(90410012)”和“原级配碾压混凝土多轴静动力学性能的研究(50908026)”支持下,对普通混凝土与碾压混凝土进行了单轴动态加载、定侧压双轴动态加载和等比例双轴加载压缩试验,系统研究了应变速率对普通混凝土和碾压混凝土的抗压极限强度及变形特性的影响,分析了抗压强度、弹性模量、峰值应变等力学特性在不同应变速率下的变化规律,得到了混凝土在不同应变速率下动态抗压强度变化的表达式。 根据混凝土结构在地震荷载作用下动态响应的特点,对混凝土试件进行了单向应力状态反复荷载作用的动态抗压试验,并考虑在实际工况下混凝土结构的受力特点,研究了荷载历史对混凝土动态抗压性能和变形特性的影响作用,分析了荷载循环历史对混凝土动态抗压强度、弹性模量以及峰值应变的影响以及经历循环荷载后的混凝土动态抗压损伤演化规律。 利用混凝土双轴压缩试验所得到的应变率10-3/s下应力比为1:1的双轴等比例加载试验数据和应变率10-3/s下侧压10MPa的定侧压双轴加载试验数据进行了地震反应谱作用下的重力坝的有限元数值仿真分析,得到了地震作用下不同本构关系的混凝土重力坝的应力应变分布情况,探讨了两种不同应力比情况的双轴本构关系(等比例加载和定侧压加载)体现在实际模拟的坝体应力应变分布规律的异同,为建立合理的混凝土多轴动态本构模型打下了基础。


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