混凝土材料冲击破碎特征及能耗试验研究

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1、分类号:TU52110710-2015126015硕士学位论文混凝土材料冲击破碎特征及能耗试验研究蒋文祺导师姓名职称翟越教授申请学位类别工学硕士学科专业名称建筑安全工程论文提交日期2018年3月31日论文答辩日期2018年5月31日学位授予单位长安大学ExperimentalStudyonImpactFragmentationandEnergyConsumptionofConcreteMaterialsAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：JiangWenqiSupervisor：ZhaiYueChang’

2、anUniversity,Xi’an,China摘要混凝土是建设工程中最基础的常用材料之一，是水泥、骨料、水和添加剂的胶结物，混凝土因其本身各向不同的特点及多种材料的混合凝结，其内部的孔洞、微裂纹呈现复杂又平衡的状态。长期以来学者们对于混凝土材料的研究主要集中在宏观力学性质方面，包括混凝土的抗压强度试验、劈裂试验、静力弹性模量试验及抗剪强度试验等，而构件受外力所表现出的各种破坏，与其受力变形时的内部损伤（微孔洞和微裂纹等）的产生有直接的关系，但此方面研究相对较为滞后，因此研究经高温、高子弹速度冲击荷载条件处理的混凝土的细微观破碎特征对其冲击力学性能影响和破坏规

3、律是十分必要的。本文的研究试件为商用混凝土试件，其标号为C35强度等级。研究方法为试验研究及能量法研究：在试验研究时，根据试验设计的不同要求制作混凝土试件后，利用分离式霍普金森压杆(SHPB-SplitHopkinsonPressureBar)进行单轴冲击压缩动态力学性能试验，并研究其力学特性和破碎情况，在此基础上分析试件的破裂程度及块度分布；能量法方面，通过计算试件在SHPB单轴抗冲击试验中的破碎能耗，表征试件的破碎状态与能量吸收耗散的关系，从而揭示混凝土材料细观破碎特征与冲击力学特性的关系。所得结论如下：（1）在不同温度条件下，试件的动态抗压力学性能在较低

4、温度（200/400℃）时，温度对试件的动态力学性能影响较小；但当温度超过阈值温度（400℃）后，温度对试件的初始损伤影响加大。子弹速度对混凝土试件的冲击力学性能有一定的强化作用。在不同升温梯度条件下，快速升温试件对混凝土试件的弱化作用明显强于慢速升温试件。冷却方式对试件强度有一定弱化作用。（2）根据筛分试验所得到的试验数据，试件分形维数值明显有其上下限，其数值分布在2.0-2.6之间。在不同条件下，破碎混凝土试件的分形维数随温度、子弹速度的升高而升高；在不同升温梯度、水冷却条件下，快速升温试件与慢速升温试件的分形维数均随温度的升高而增大；在慢速升温条件下，自

5、然冷却的试件的分形维数总体略高于水冷却试件，说明自然冷却试件的破碎程度大于同等条件下的水冷却试件，但从总体趋势上分析，两种冷却方式曲线都随温度升高呈上升趋势。（3）在不同温度条件下，当碎块粒径较小时（小于2.5mm），破碎试件的质量比例与温度变化有明显的对应关系，而破碎试件中等粒径（2.5mm-10mm）与较大粒径I（16mm-25mm）的质量比例随温度上升而不断降低；破碎试件质量比例与子弹速度有较强的相关性；当比较不同冷却方式时，在破碎碎块粒径较小（小于5mm）时，自然冷却破碎试件的质量比例大于同等条件下的水冷却破碎试件，而大粒径碎块（16mm-25mm）在

6、同等条件下的水冷却破碎试件质量比例大于自然冷却试件，说明自然冷却试件的破碎情况更为严重。（4）混凝土试件的破碎能量曲线分为两部分，即上升段与平稳段；在同一子弹速度条件下，随着温度的升高，试件的破碎能量的吸收量降低，且破碎阈值点也随之降低；试件的入射能与破碎能耗随子弹速度的增大而不断增大，对应试件的峰值应力明显增大；慢速升温试件的破碎能耗大于快速升温试件的破碎能耗；在相同温度、子弹速度条件下，水冷却试件的破碎能耗高于自然冷却试件。（5）根据SHPB试验的比破碎能耗计算数据进行了线性关系的建立，可以得到以下结论：比能耗-峰值应力、比能耗-分形维数的一次线性函数拟合

7、的结果较为理想，峰值应力、分形维数均随比能耗的增大而增大，证明比能耗-峰值应力、比能耗-分形维数有较强的相关性。但其最终的表现由各种因素的强化作用和弱化作用的非线性竞争耦合机制确定，也因此种耦合关系，试件的宏观力学性能与细观破碎特征均出现一定的离散型。关键词：混凝土，破碎特征，SHPB，分形法，能量法IIAbstractConcreteisoneofthemostbasiccommonlyusedmaterialsinconstructionprojects.Itisacementofcement,aggregates,water,andadditives.B

8、ecauseofitsowndiffe