混凝土高温后静动态力学性能分析

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1、摘要混凝土材料种类众多，是目前使用最广泛的工程材料，无论是民用建筑、交通设施还是化工厂房、国防工程，在其使用过程中都有可能受到高温和冲击荷载的作用，如果不了解此时混凝土材料的力学响应，就不能合理的对其进行设计，所以研究混凝土材料在特殊环境下的力学性能十分重要。本文的研究对象是工程建设中最常用的强度等级为C35的混凝土材料，研究方法包括力学性能试验研究和本构模型理论研究两部分。对于试验部分，将混凝土材料加工成非标准尺寸的圆柱体试件，再经高温加热、自然冷却或水冷却处理，研究其静力加载下的单轴抗压、弹性模量和抗拉性能，动力加载下的单轴抗压性能；对于本构方程建立部分，以Ot

2、tosen非线弹性本构方程为基础，加入温度-冷却损伤因子和应变率强化因子，建立含2至4个特征参数的本构方程，以试验为基础优化出参数值，并论证其适用性。具体的研究内容和得出的结论如下：(1)抗压强度试验和静力受压弹性模量试验中，对常温和经四个高温（300℃，400℃，600℃，800℃），两种冷却方式处理的27个试件进行试验，结果表明混凝土材料的静力抗压性能和弹性模量受温度和冷却方式影响很大，其中弹性模量和峰值应力随温度的增大而减小，峰值应力所对应的应变随温度的增大而增大；加热温度小于400℃时，水冷却对峰值应力的影响表现为增强，温度较高则表现为减弱，对同温度试件弹性

3、模量的影响表现为削弱，对试件峰值应力所对应的应变影响不大。劈裂抗拉试验中，对常温和经三个高温，两种冷却方式处理的21个试件进行巴西圆盘劈裂试验，结果表明随温度升高，劈裂抗拉强度降低，其值远远低于同温度下的抗压强度，水冷却使材料劈裂抗拉性能削弱。(2)动态抗压性能研究采用分离式霍普金森压杆（SHPB-SplitHopkinsonPressureBar）试验，对常温和经历四个高温以及两种冷却方式处理的81个试件在三个中高应变率（133/s，218/s，294/s）加载下进行单轴冲击压缩试验，结果表明，应变率对材料抗压性能有明显的增强效应，随着应变率的增大，同温同冷却方式

4、下的混凝土试件峰值抗压强度有显著提高，但随试件所受温度的增大，此强化效应减弱；综合考虑三个影响因素时，峰值应力所对应的应变值无明显规律。(3)建立了考虑温度-冷却损伤和应变率效应的非线弹性本构方程，基于试验研究结果，利用优化算法辨识出特征参数，将方程再生曲线与试验曲线相对比，曲线重合率很i好，验证了方程的适用性。关键词：混凝土，高温后，冷却方式，静动态力学性能，本构方程iiAbstractAsaengineeringmaterial,concreteiswidelyusedontheconstructionworkswhoarepossibletoexposetot

5、hehightemperatureandimpactload.Ifyoudon’tknowthemechanicalpropertyofconcreteinsuchconditions,youcan’tmakethestructuraldesignsafely.Soitisnecessarytostudythemechanicalpropertiesofconcretewithcomplexconditions.Inthispaper,theresearchisbasedonakindofordinaryconcretewhichthestrengthgradeis

6、C35,andtherearetwowaystodothestudyincludingmakingmechanicaltestsandestablishingtheconstitutivemodel.Forthetests,puttingtheconcretespecimensunderhightemperatureandcoolingdownbywhomodes.Thendiscussingthemechanicallawofcompressivestrength,elasticmodulusandtensilestrengthunderstaticforce,a

7、ndmechanicallawofcompressivestrengthunderdynamicforce.Fortheconstitutivemodel,basedonthenon-linearelasticconstitutiveequation,consideringthedamagefactorandthestrainrate,establishingaproperconstitutiveequation.Thedetailsandmainconclusionsareasfollows:Themechanicsperformanceofconcretei