围压水和循环荷载对混凝土动态特性的影响

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目前,对于大气自然环境中的混凝土的静动态研究和加载历史的研究已取得丰硕成果,但对于水压作用下的混凝土静动态性能和加载历史的综合研究还有待深入。在水围压中工作的混凝土结构,尤其是在高水头下,水压力成为了结构设计的控制性因素。同时在结构正常服役期间,结构还会遭受到循环荷载作用,改作用会改变结构的力学性能。大坝承受的库水、循环荷载和地震作用,成为结构破坏和功能退化的主要原因。因此,开展有压水和荷载循环作用下的混凝土材料动态性能研究,为工程建设提供参考依据。  为此,本文在国家自然科学基金《基于不同水环境的混凝土动态性能研究》(51279092)的资助下,利用三峡大学自行研发的10MN大型多功能静动力三轴仪对混凝土试件进行了在多种循环荷载次数、不同围压及不同加载速度下的抗压试验。通过对力学试验数据的分析,得到了水饱和混凝土试样(周围处无水环境)和水饱和混凝土试样(围压为2、5、10MPa水环境中)的力学性能在不同加载速度下的变化规律;得到了历经不同次数的循环荷载作用后的混凝土在不同加载速度下的力学性能变化规律。在此基础上,基于数学统计理论建立了混凝土本构模型。本文具体工作内容及研究结论主要有以下几方面。  1)进行了水饱和混凝土试样(周围处无水环境)和水饱和混凝土试样(围压为2、5、10MPa水环境中)抗压性能对比试验,分析了混凝土在不同加载速度下的力学与变形特性。试验结果表明,混凝土的峰值应力随加载速度的增大而增大,不同围压下混凝土峰值应力随围压增加逐渐增大。不同围压下混凝土的峰值应变、吸能能力随加载速度的增加,总体呈增大的趋势,而弹性模量随加载速度增大有减小的趋势。  2)进行了历经不同次数循环荷载作用的混凝土的常规三轴压缩试验。试验结果表明,历经不同次数循环荷载作用后的混凝土峰值应力都随加载速度的增加而增大;峰值应力随循环次数的增加表现出先增大后减小的趋势。峰值应变随加载速度的增加,整体上有增大的趋势。混凝土弹性模量随循环荷载次数的增加,规律不明显。混凝土的吸能能力随加载速度的增大而呈增大的趋势;吸能能力随循环荷载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,与峰值应力随循环次数的变化规律比较接近。  3)构建了混凝土在单轴压缩及三轴压缩情况下的动态损伤本构模型,结果表明,混凝土损伤特性在峰前服从Weibull统计分布,峰后服从Lognormal统计分布。不同工况下的混凝土应力-应变曲线具有良好的相似性。  4)对历经不同次数循环荷载作用后的混凝土强度变化机理进行了分析。研究表明,混凝土的峰值应力随循环荷载次数的增加,表现出先增大后减小。产生此种现象的原因是混凝土孔隙间的 Stefan效应与循环荷载作用在对混凝土力学性能影响产生的。
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