大尺寸混凝土试样动态力学性能的实验研究

论文摘要

混凝土是一种具有典型的跨尺度非均质、多组元、多相,先天带有微损伤的脆性材料,其动态力学性能的研究无论在学术还是工程上都具有重要意义。为使混凝土试样达到统计上的均质性,以取得符合工程实际的有代表性的试验结果,通常认为试样的最小尺寸至少为最大骨料尺寸的5~6倍。而且由于骨料周围及整个材料内部布满了大量不规则的裂隙、气泡等缺陷,为避免试验数据的发散性,混凝土试样尺寸也必须足够大,以保证试验结果在宏观意义上的有效性。目前文献所报导的有效的SHPB试验结果仍限于水泥砂浆或小尺寸混凝土,对于更符合工程实际的大尺寸混凝土,还有待于进一步的研究。本文主要是通过静态试验机、直锥SHPB装置以及我校已建立起来的大尺寸捆绑式Hopkinson束杆装置,对不同尺寸混凝土的静态和动态力学性能进行实验研究。结果显示:(1)准静态压缩下,随混凝土试样尺寸增大,混凝土的表观压缩强度明显减小;(2)准静态压缩实验时,随加载应力提高,混凝土试样表面横向应变明显随着试样尺寸的增大而增大;(3)混凝土材料具有显著的应变率效应,随应变率提高,其压缩强度提高显著;(4)150mm×150mm×100mm大尺寸试样的动态压缩强度明显比同应变率下的小尺寸(Φ70mm×35mm)试样小,且随应变率增加,两者的差别减小;(5)通过Hopkinson束杆装置采集到的各单杆上的反射波形的不同变化特征,可以用于分析探讨混凝土试样局部损伤和微裂纹演化过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 混凝土动力试验设备发展
• 1.2.2 混凝土动态压缩性能的研究进展
• 1.2.3 尺寸对混凝土性能影响的研究
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 混凝土准静态压缩实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试样的制备
• 2.3 试验方法和试验设备
• 2.4 试验结果及分析
• 2.4.1 A 组试样（Φ70mm×35mm）的结果
• 2.4.2 B 组试样（150mm×150mm×100mm）的结果
• 2.4.3 C 组试样（70mm×70mm×70mm）的结果
• 2.4.4 D 组试样（100mm×100mm×100mm）的结果
• 2.4.5 E 组试样（150mm×150mm×150mm）结果
• 2.4.6 试验结果汇总
• 2.5 本章小结
• 3 混凝土试样的直锥变截面大直径SHPB 实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验设备
• 3.3 试验原理
• 3.4 试验方法
• 3.5 弥散效应
• 3.6 试验数据及分析
• 3.6.1 原始数据
• 3.6.2 试验结果及分析
• 3.6.3 损伤演化
• 3.7 小结
• 4 大尺寸混凝土试样的动态实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 捆绑式Hopkinson 束杆装置简介
• 4.2.1 竖直捆绑式Hopkinson 束杆动态试验系统
• 4.2.2 可控波形加载系统
• 4.2.3 瞬态力学量测试采集分析系统
• 4.3 大尺寸混凝土试样动态压缩实验研究
• 4.3.1 实验目的
• 4.3.2 试样
• 4.3.3 试验设备
• 4.3.4 试验方案
• 4.3.5 典型应力波形及数据分析方法
• 4.3.6 典型的实验结果及分析
• 4.4 大尺寸混凝土试样动态压缩实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 传感块技术在捆绑式Hopkinson 束杆装置中的应用研究
• 5.1 引言
• 5.2 Tanimura 式“传感块”方法测试原理
• 5.3 “传感块”特性分析
• 5.4 传感块在大尺寸SHPB 装置中的应用分析
• 5.4.1 传统传感块方法的应用
• 5.4.2 改进的传感块方法
• 5.5 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢