混凝土动力强度与静力强度的关系探讨

论文摘要

土木工程中,混凝土结构都不可避免的会承受动力荷载,准确的认识混凝土材料的动态力学性能是进行准确的混凝土结构动力响应分析的基础。《水工建筑物抗震设计规范》中规定为:“除水工钢筋混凝土结构外的混凝土水工建筑物的抗震强度计算中,混凝土动态强度和动态弹性模量的标准值可较其静态强度提高30%,….”应当认为,这种对混凝土动态特性的考虑是十分初步的。因为明显在地震作用下,不同的大坝,不同的部位在不同的瞬时,其应变率的变化各不相同,不能统一进行考虑。本文以混凝土动力荷载下的力学性能为主要研究对象,以动力学方程作为理论基础,并且从混凝土率效应的内在物理机理出发,以单轴实验为基本模型,找到混凝土“实际动强度”与实验所得“理论动强度”之间的区别。并且从动力学方程的平衡性上,考虑在线性增加荷载下混凝土中自由水分粘滞力和动力加载惯性力等影响因素,通过程序模拟和数值计算,得到实际应力-应变曲线和对应的“理论强度”点,从定性和定量上找出各部分影响因素的关系,判断出实际强度取值,得出“实验所得理论强度增加部分为惯性力与粘性力（以及其他阻力）影响”的结论,向原有工程规定发出挑战。并且结合“材料强度是材料固有属性”和“破坏的细观解释”初步建立起“混凝土动强度和静强度是同一所指”的论断。之后,本文另就关于混凝土动力学实验中阻尼系数的取值问题进行研究,通过设定不同阻尼系数,不同加载工况,总结得到阻尼系数的取值与不同加载率之间的关系,从而证明了工程界在处理动力设计规范时,统一设定阻尼系数（一般设定为5%）的失误。并且根据不同的应力变化振荡情况确定不同加载速率下阻尼系数大小,也说明了工程中采用固定阻尼系数计算不同加载工况是错误的。最后本文并且结合具体实验对于数值模拟结果进行比对,并针对工程实例提出了自己的想法,进一步阐明观点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 动强度研究历史
• 1.2.1 历史上主要的动强度研究成果
• 1.2.2 现代工程中的动强度设计规定
• 1.3 典型动力实验技术
• 1.4 动力学理论模型
• 1.4.1 动力增强系数模型
• 1.4.2 粘塑性模型
• 1.4.3 其他模型
• 1.4.4 述评
• 1.5 破坏机理和强度理论
• 1.5.1 破坏的细观解释
• 1.5.2 强度理论
• 1.6 课题的提出
• 1.6.1 本文研究的主要内容
• 1.6.2 本文研究工作的主要意义
• 第2章 相关基础知识和操作平台
• 2.1 单轴动强度实验
• 2.1.1 实验基本内容及结论
• 2.1.2 对于实验中基本问题的总结
• 2.2 有限元方法的基本原理
• 2.3 ABAQUS 有限元程序
• 2.3.1 ABAQUS 显式求解模式
• 2.3.2 ABAQUS 中采用显式求解的优势
• 2.3.3 ABAQUS 中关于材料阻尼的定义
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验过程中试件的动力求解与分析
• 3.1 动强度与静强度关系的论断
• 3.2 实验模型的建立
• 3.2.1 一般数值模拟方法
• 3.2.2 具体模型建立
• 3.3 实验模型的初步计算
• 3.3.1 无阻尼的加载情况
• 3.3.2 关于动力方程的验证
• 3.3.3 无阻尼加载计算总结
• 3.4 阻尼的动态表现
• 3.4.1 临界阻尼的定义
• 3.4.2 临界阻尼与阻尼比
• 3.4.3 程序中阻尼的设置规定
• 3.5 含有阻尼的实验模型计算
• 3.5.1 不同阻尼对于材料模型的影响
• 3.5.2 阻尼的影响原理
• 3.5.3 应变加载的模型计算
• 3.5.4 应力加载的模型计算
• 3.5.5 应变加载模型的应力变化趋势
• 3.6 本章小结
• 第4章 实验过程应力变化分析
• 4.1 概述
• 4.2 加载过程的应力变化情况
• 4.2.1 应变加载的应力变化情况
• 4.2.2 应力加载模式下应力变化情况
• 4.2.3 应力变化情况的总结
• 4.3 加载过程应力值计算与分析比较
• 4.3.1 应力值变化情况分析
• 4.3.2 不同加载率应力变化分析
• 4.3.3 加载过程应力值计算
• 4.3.4 应力值结果分析
• 4.3.5 计算分析结果总结
• 4.4 不同加载率下关于阻尼的设定
• 4.4.1 阻尼系数
• 4.4.2 对于计算结果的振荡分析
• 4.4.3 对于计算结果的阻尼分析
• 4.4.4 对于计算结果的阻尼计算与设定
• 4.5 本章小结
• 第5章 动静强度关系的实验验证
• 5.1 程序计算与实验比对
• 5.2 关于应变值的实验比对
• 5.3 关于荷载应力值与强度值实验比对
• 5.3.1 加载荷载应力值的实验比对
• 5.3.2 强度值的实验比对
• 5.4 本章小结
• 第6章 Koyna Dam 的计算实例与猜想
• 6.1 Koyna Dam 的概况简介
• 6.2 Koyna Dam 的模型介绍
• 6.2.1 模型尺寸设定
• 6.2.2 模型材料参数设定
• 6.2.3 模型阻尼系数设定
• 6.3 计算结果与猜想
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果