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混凝土高温时动态力学性能及本构关系研究

作　者: 李奎
导　师: 陶俊林
学　校: 西南科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 混凝土 水泥砂浆 SHPB 高温 实验技术 本构模型 应变率
分类号: TU528.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


混凝土是一种重要的工程结构材料,在实际工程中得到了广泛的应用。然而,近年来建筑物火灾的发生显现出逐渐增长的趋势。在火灾的环境中,混凝土结构除了会承受一般的静态荷载外,还可能遭受到爆炸和冲击等动荷载的作用。在这些极端条件下混凝土结构的破坏特征越来越受到人们的关注。因此,在结构设计中,正确认识混凝土材料在高温高应变率下的力学特性已经刻不容缓。本文结合国家自然科学基金面上项目(10602048,10972187),对高温下混凝土的动态压缩力学性能和本构关系进行了深入的研究。主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)针对混凝土材料的热惰性、加热均匀性较差等特点,采用微波对混凝土材料进行加热,对混凝土试件的加热、防爆方法和加热后温度场均匀性等进行了研究,实现了对混凝土的快速均匀加热。同时,探讨了混凝土材料高温SHPB的相关实验技术,如:试件的保温和装配,试件与波导杆接触后的热传导,SHPB实验系统的调试,入射波的控制,实验数据的处理等,并且利用ANSYS有限元软件进一步分析了混凝土试件与波导杆接触后的热传导及其温度场的分布情况。(2)利用万能材料实验机、SHPB装置及高温微波加热设备对混凝土及水泥砂浆试件进行了不同温度(20-650℃)的静态、准动态压缩实验和3个冲击速度下的冲击压缩实验,得到了相应条件下的应力应变曲线,研究了混凝土及水泥砂浆材料的破坏形态、应变率效应及温度损伤效应。(3)以经典的损伤理论为基础,基于ZWT粘弹性本构模型,考虑混凝土材料的损伤服从Weibull分布,提出了一个混凝土材料的热粘弹性率型损伤本构模型。通过数据拟合,获得了本构模型相关的参数。结果表明:理论预示和实验结果吻合良好。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-30
  1.1 引言  9-10
  1.2 高温时混凝土静态力学性能研究进展  10-17
    1.2.1 混凝土的抗压强度  10-14
    1.2.2 混凝土的抗拉强度  14-15
    1.2.3 弹性模量  15-16
    1.2.4 混凝土的本构关系  16-17
  1.3 混凝土动态力学性能研究进展  17-28
    1.3.1 应变率对混凝土强度特性的影响  18-23
    1.3.2 应变率对混凝土变形特性的影响  23-26
    1.3.3 混凝土的率型本构模型研究进展  26-28
  1.4 本文的主要研究工作  28-30
2 混凝土材料高温 SHPB 实验技术研究  30-52
  2.1 引言  30-31
  2.2 SHPB 实验技术简介  31-33
  2.3 混凝土高温SHPB 实验技术  33-51
    2.3.1 实验设备  33-37
    2.3.2 试件的加温与防爆措施  37-38
    2.3.3 加热后试件温度均匀性的评估  38-39
    2.3.4 实验时试件与波导杆温度变化的测试分析  39-42
    2.3.5 试件与波导杆接触热传导的数值模拟  42-47
    2.3.6 SHPB 实验系统的调试及入射波的控制  47-49
    2.3.7 实验数据处理  49-51
  2.4 小结  51-52
3 高温时混凝土动态力学特性实验研究  52-68
  3.1 引言  52
  3.2 试件的制作  52-53
  3.3 实验方案  53-54
  3.4 实验曲线  54-57
    3.4.1 高温时静态及准动态压缩实验  54-55
    3.4.2 高温时 SHPB 压缩实验  55-57
  3.5 实验结果分析  57-67
    3.5.1 混凝土及水泥砂浆的破坏形式统计分析  60-63
    3.5.2 混凝土及水泥砂浆的应变率效应分析  63-65
    3.5.3 混凝土及水泥砂浆的温度损伤效应分析  65-67
  3.6 其它实验现象  67
  3.7 小结  67-68
4 热粘弹性率型损伤本构模型研究  68-78
  4.1 引言  68
  4.2 动态本构模型的建立  68-77
    4.2.1 损伤演化规律  69-70
    4.2.2 粘弹性率型损伤本构模型  70-71
    4.2.3 热粘弹性率型损伤本构模型  71-73
    4.2.4 数据拟合及应用  73-77
  4.3 小结  77-78
结论  78-80
致谢  80-81
参考文献  81-90
攻读学位期间发表的学术论文及研究成果  90-91

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑材料 > 非金属材料 > 混凝土及混凝土制品 > 普通混凝土
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