含空心球体缺陷混凝土冲击劈拉力学性能研究.pdf

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1、含空心球体缺陷混凝土冲击劈拉力学性能研究减震分析2014级郭奇硕士土木工程陶俊林(教授)ClassifiedIndex:TU502+.6U.D.C:624SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisStudyonImpactSplittingTensilePropertiesofConcretewithHollowSphereDefectGrade:2014Candidate:QiGuoAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:CivilEngine

2、eringSupervisor:JunLinTaoMay.15,2017西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要混凝土作为工程中使用的一种建筑材料，广泛应用于房屋建筑、港口、大坝等领域。混凝土在浇筑的过程中，在其内部不可避免地会存在着孔洞、不密实区和大的裂缝等典型的宏观初始缺陷，而有研究表明，混凝土的宏观初始缺陷会对混凝土的力学性能造成极大的影响。对于含宏观初始缺陷的混凝土结构，不仅承受静荷载，也会产生如爆炸、冲击等动荷载，虽然这些动荷载作用在建筑物上时间较短，但是危害更大，混凝土结构局部可能会承受一定的拉力，然而混凝土的抗拉性能比抗压性能相比要弱很多，从而引起严

3、重的后果。因此，研究高力加载率下含典型初始内部缺陷混凝土拉伸力学性能具有重要的理论和工程实践意义。本文主要进行了以下几个方面的研究工作:（1）通过对自制定位模具的不断改良和制备方法的试验探究，提出一种制备含内部初始球形缺陷混凝土试件的方法：分步骤浇筑法。研究结果表明：分步骤浇筑法既不影响混凝土基体强度，又能够将自制初始球形缺陷比较精确置于混凝土试件内部。该方法的推广和应用，为进一步拓展对含内部初始球形缺陷混凝土试件的相关试验研究提供了重要的技术支持。（2）利用压力试验机对含内部初始球形缺陷的混凝土试件进行了力加载率为0.5kN/s或5kN/s的准静态劈拉试验研究，

4、使用高速摄像机及其配套系统装置拍下裂纹扩展过程，并对试验结果进行分析，研究了准静态试验中混凝土试件的破坏过程和破坏机理，得到了不同力加载率、不同球形缺陷的直径、球形缺陷对混凝土劈拉强度的影响规律。研究表明：无论力加载率、缺陷直径、缺陷位置的如何变化，球形缺陷不影响整个破坏过程和最终破坏形态，但缺陷的存在均明显加速了裂缝的扩展速度，影响了混凝土的强度；混凝土试件的劈拉强度是随着缺陷直径的增大而减小的，且变化明显；所有工况试件均存在明显的力加载率效应。（3）利用西南科技大学自主研发的SHPB装置对含内部初始球形缺陷的混凝土试件进行了力加载率约为6×105kN/s、9×

5、105kN/s的动态劈拉试验研究，使用高速摄像机及其配套系统装置拍下裂纹扩展过程，并对试验结果进行分析，研究了动态试验中混凝土试件的破坏过程和破坏机理，得到了不同力加载率、不同缺陷的直径对混凝土劈拉强度的影响规律。研究表明：无论力加载率、缺陷直径、缺陷位置的如何变化，球形缺陷不影响整个破坏过程和最终破坏形态，球形缺陷影响混凝土强度，主要在“加载力-时间”曲线中体现；西南科技大学硕士研究生学位论文第II页当缺陷靠近入射杆时，混凝土试件的劈拉强度随着缺陷直径的增大而减小；但是当缺陷靠近透射杆时，呈现出不规律的变化趋势；所有工况试件均存在明显的力加载率效应。（4）依据本

6、文所有工况的试验结果，考虑力加载率、球形缺陷直径两种因素的影响，拟合得到含球形缺陷冲击劈拉破坏准则，并比较了试验值和该破坏准则下拟合值的偏差。关键词：球形缺陷SHPB力加载率劈拉强度破坏机理西南科技大学硕士研究生学位论文第III页AbstractAsakindofbuildingmaterialusedinengineering,concretehasexcellentphysicalandmechanicalproperties,andiswidelyusedinbuildingconstruction,ports,nuclearpowerplantsandot

7、heraspects.However,intheconcretepouringprocess,initsinternalinevitablythereisamacroscopicinitialdefecthole,lacunaandlargecracksaretypical,andthestudyshowedthatthemacroscopicinitialdefectsofconcretewillcauseagreatimpactonthemechanicalpropertiesofconcrete.Fortheconcretestructurewithmacr

8、odefe