压剪状态下的混凝土动态性能及损伤特性研究

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混凝土结构在实际工程使用中,难以避免地要承受各种复杂应力的作用,除了要承受压应力外,还需承受拉应力和剪应力的作用。目前,对于混凝土材料的研究内容不仅仅局限于强度以及强度准则的确立,还应加强包括损伤演化以及损伤本构在内的研究工作。同时,研究范围也不仅仅局限于单纯的静态性能,还应向包括速率效应与环境因素在内的方面拓展。  基于以上观点,本文采用特制混凝土剪切盒,利用TAZW-1000大型多功能静动力三轴仪对混凝土在5种不同加载速率(0.18mm/min,0.9mm/min,1.8mm/min,9mm/min,18mm/min)、6种不同法向压力(0MPa,2MPa,4MPa,6MPa,8MPa,10MPa)作用下进行了抗剪试验;分析了法向应力和加载速率分别对混凝土抗剪性能的影响;提出了一种混凝土动态压剪强度准则;对混凝土在压剪受力状态下的损伤演化和损伤本构进行了初步探索;利用声发射探伤装置分析了混凝土在受载过程中的破坏特性。本文具体研究内容及主要结论有以下几方面。  1)在混凝土压剪力学性能方面。按照上述确定的加载速率和法向压力两种控制因素,进行了27种工况的试验。通过对实验数据的分析发现,法向压力对混凝土的力学性能影响显著,且与剪切强度、残余应力、峰值变形均存在较强的线性增长关系;加载速率的提高会使混凝土的剪切强度、摩擦系数和粘聚力增大,且与剪切强度呈幂函数关系增长,同时,随着法向应力的增大,混凝土剪切强度的速率效应随之增强。  2)在混凝土压剪动态强度准则构建方面。基于 Bresler-Pister静态强度准则,首先将其转换为压剪强度准则形式,再通过选择合适的单轴抗压和抗剪动态强度准则,以及摩擦系数的速率效应表达式,确定静态压剪强度准则中3个参数的速率效应表达式,提出一种可供参考的动态压剪强度准则,通过与其他学者试验数据的对比分析,发现该动态强度准则与实际情况吻合度较高。  3)在混凝土压剪受力状态下的损伤演化方面,研究工作分为两个部分:①从理论的角度出发,提出了基于改进的Najar能量法的混凝土受载损伤演化模型,并通过分析刚度退化和弹塑性变形发展过程,描述出其损伤演化曲线,同时给出相关模型的拟合公式。②利用声发射探伤装置,得到声发射能量数和应力、变形的关系,分析混凝土在压剪受力状态下的破坏特性,最后将声发射能量数确定的损伤演化曲线和上述基于理论推导的损伤模型曲线进行对比,结果两者符合度较高。
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