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混凝土层裂强度的研究

2020-11-22阅读(1063)

混凝土层裂强度的研究

论文摘要

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。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 一、混凝土的结构、特点和发展
  • 1.1 混凝土的结构
  • 1.1.1 混凝土内部结构的尺度层次
  • 1.1.2 砂浆基体
  • 1.1.3 粗骨料
  • 1.1.4 过度区
  • 1.2 单轴压缩、拉伸力学性能特点
  • 二、混凝土层裂研究现状
  • 2.1 实验研究现状
  • 2.2 混凝土层裂强度（动态拉伸强度）应变率效应研究综述
  • 2.3 钢纤维混凝土拉伸力学性能研究综述
  • 三、本论文主要研究内容和方法
  • 第二章 改进的间接法测量混凝土的层裂强度
  • 一、引言
  • 二、实验方案
  • 2.1 实验原理
  • 2.2 实验装置
  • 三、数据处理和实验结果
  • 四、分析讨论
  • 五、小结
  • 第三章 测量混凝土层裂强度的新实验方案
  • 一、前言
  • 二、实验新方案及其工作原理
  • 2.1 实验新方案
  • 2.2 新实验方案的工作原理
  • 2.2.1 瞬时断裂准则层裂分析
  • 2.2.2 损伤积累准则层裂分析
  • 2.3 实施新方案的几个要点
  • 2.3.1 吸收杆的选择
  • 2.3.2 加载波形的选择
  • 三、新方案可行性的数值分析讨论
  • 3.1 二维效应
  • 3.2 计算模型
  • 3.2.1 有限元建模
  • 3.2.2 混凝土材料的层裂准则
  • 3.2.3 吸收杆材料模型
  • 3.4 结果分析和讨论
  • 四、小结
  • 第三章 附录层裂实验用吸收杆材料本构拟合
  • 一、Z-W-T本构模型
  • 二、尼龙材料本构拟合
  • 2.1、 MTS准静态压缩实验和低应变率Maxwell体拟合结果
  • 2.2、 SHPB动态压缩实验和高应变率Maxwell体拟合结果
  • 第四章 混凝土试件制备及其力学参数确定
  • 一、原材料及参数
  • 1.1 水泥
  • 1.2 掺合料
  • 1.3 骨料
  • 1.4 钢纤维
  • 二、混凝土试件制备
  • 2.1 配比确定
  • 2.2 试件制备过程
  • 三、混凝土试件波速测量
  • 3.1 超声波发测波速
  • 3.2 应变片法测波速
  • 四、混凝土动态本构关系确定
  • 五、小结
  • 第五章 混凝土的层裂强度
  • 一、实验数据的处理方法
  • 二、层裂强度的实验结果
  • 三、层裂强度经验公式
  • 四、小结
  • 第六章 混凝土层裂的产生机理和损伤的影响
  • 一、层裂的几种类型
  • 1.1 产生层裂损伤带
  • 1.2 局部层裂
  • 1.3 完全层裂
  • 二、重复加载对混凝土层裂的影响
  • 三、混凝土层裂强度的加载率效应分析
  • 1.1 自由水粘性影响
  • 1.2 裂纹扩展的惯性效应
  • 1.3 混凝土层裂强度加载率效应的两种观点比较
  • 四、压缩损伤对混凝土层裂的影响
  • 五、素混凝土多次层裂顺序
  • 六、 小结
  • 第七章 钢纤维混凝土层裂分析
  • 一、钢纤维混凝土的断裂过程
  • 二、钢纤维混凝土层裂的实验结果
  • 三、钢纤维的增强、增韧机理分析
  • 3.1 钢纤维的增强机理
  • 3.2 钢纤维的增韧机理
  • 3.2.1 断裂力学的观点
  • 3.2.2 连续介质损伤力学的观点
  • 四、钢纤维混凝土裂而不断的原因
  • 五、小结
  • 第八章 骨料粒径对混凝土层裂的影响
  • 一、试件制备和实验结果
  • 二、骨料对混凝土层裂强度的影响
  • 2.1 过度区对层裂强度的影响
  • 2.2 破裂形式不同对层裂强度的影响
  • 三、骨料粒径对断裂韧性（层裂损伤）的影响
  • 四、小结
  • 第九章 总结和展望
  • 一、本文的主要研究工作
  • 二、研究工作的创新点
  • 三、研究工作展望
  • 附录：读博期间主要发表文章

    • 相关论文文献

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