高温下素混凝土SHPB抗冲击性能试验研究

论文摘要

近年来,建筑火灾事故频发,并常引起倒塌事故和煤气爆炸事故,对建筑结构同时造成高温和动态冲击荷载作用。另外,恐怖袭击事件时有发生,汽车炸弹等爆炸或者化工厂的爆炸作用也可能使结构同时遭受高温和动态效应荷载作用,导致建筑结构局部损坏、坍塌,甚至整体倒塌。本文运用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）装置和特制的高温试验炉进行了高温下混凝土的抗冲击试验,为评估高温下混凝土的动态力学性能和高温下混凝土结构抗冲击和抗倒塌设计提供参考。本文研究工作包括如下几个方面：（1）进行高温下SHPB冲击试验方法研究,采用试验测试和数值模拟相结合的方法确定升温制度来加热试件。（2）进行了常温和高温下普通混凝土的静态试验研究,通过测试得到了各温度下普通混凝土的应力-应变曲线,分析了温度、水灰比和骨料等试验参数对普通混凝土的抗压强度和弹性模量等静态力学性能的影响规律。（3）采用高分辨电子显微镜扫描得到了常温和高温下普通混凝土的微观结构,分析了温度、水灰比和骨料等试验参数对普通混凝土微观结构的影响,并结合以往的研究成果探讨了温度对普通混凝土力学性能影响的微观机理。（4）进行了常温和高温下普通混凝土在冲击荷载作用下的动态力学性能试验研究,通过实测得到了高温下混凝土的应变、应力时程曲线和应力-应变关系曲线,分析了温度、冲击速度（应变率）、水灰比和骨料性质等试验参数对常温和高温下普通混凝土极限动态强度和变形性能的影响。提出了高温下混凝土的动态强度增大系数（Dynamic Increase Factor, DIF）关于温度和应变率的公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 动态性能实验研究设备
• 1.2.2 混凝土动态力学性能的研究
• 1.2.3 混凝高温下（后）的力学性能
• 1.2.4 高温下混凝土的微观形态
• 1.3 本文主要研究内容、方法与研究成果
• 1.3.1 研究内容和方法
• 1.3.2 研究成果
• 第2章 高温试验装置和试验方法
• 2.1 引言
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 静载试验装置
• 2.2.2 SHPB试验装置
• 2.2.3 FEI QUANTA 200环境扫描电镜
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 高温静态试验
• 2.3.2 高温冲击试验
• 2.3.3 SEM环境电镜扫描试样制作
• 2.4 试验测试内容与量测
• 2.4.1 变形测量
• 2.4.2 数据采集系统
• 2.5 温度场模拟计算及升温制度确定
• 2.5.1 温度场测试
• 2.5.2 温度场ABAQUS有限元模拟与升温制度的确定
• 2.6 本章小结
• 第3章 高温下混凝土静态试验
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.2.1 试验设计
• 3.2.2 试验材料
• 3.2.3 试件制作与加工
• 3.3 试验现象和试件破坏形态
• 3.4 试验结果与分析
• 3.4.1 应力-应变关系曲线
• 3.4.2 温度对混凝土抗压强度、弹性模量的影响规律
• 3.4.3 水灰比对混凝土抗压强度、弹性模量的影响规律
• 3.5 SEM扫描电镜扫描结果及分析
• 3.5.1 温度对骨料化学性质和过渡区物理性质的影响
• 3.5.2 温度对混凝土微观结构的影响
• 3.5.3 水灰比对混凝土微观结构的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 高温下混凝土SHPB冲击试验概况
• 4.1 引言
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 试验设计
• 4.2.2 试验材料
• 4.2.3 试件制作与加工
• 4.3 破坏形态
• 4.4 应力和应变时程曲线
• 4.5 动态应力-应变曲线
• 4.5.1 冲击速度（应变率）的影响
• 4.5.2 温度的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 高温下混凝土动态效应分析
• 5.1 引言
• 5.2 各试验参数对混凝土动态强度增大系数的影响规律
• 5.2.1 应变率（冲击速度）的影响
• 5.2.2 温度的影响
• 5.2.3 水灰比的影响
• 5.2.4 骨料的影响
• 5.3 本文数值与其他理论值对比
• 5.4 普通混凝土高温下动态强度增大系数拟合公式
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢