【摘要】：混凝土是建設(shè)工程中最基礎(chǔ)的常用材料之一,是水泥、骨料、水和添加劑的膠結(jié)物,混凝土因其本身各向不同的特點(diǎn)及多種材料的混合凝結(jié),其內(nèi)部的孔洞、微裂紋呈現(xiàn)復(fù)雜又平衡的狀態(tài)。長期以來學(xué)者們對于混凝土材料的研究主要集中在宏觀力學(xué)性質(zhì)方面,包括混凝土的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、靜力彈性模量試驗(yàn)及抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等,而構(gòu)件受外力所表現(xiàn)出的各種破壞,與其受力變形時的內(nèi)部損傷(微孔洞和微裂紋等)的產(chǎn)生有直接的關(guān)系,但此方面研究相對較為滯后,因此研究經(jīng)高溫、高子彈速度沖擊荷載條件處理的混凝土的細(xì)微觀破碎特征對其沖擊力學(xué)性能影響和破壞規(guī)律是十分必要的。本文的研究試件為商用混凝土試件,其標(biāo)號為C35強(qiáng)度等級。研究方法為試驗(yàn)研究及能量法研究:在試驗(yàn)研究時,根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同要求制作混凝土試件后,利用分離式霍普金森壓桿(SHPB-Split Hopkinson Pressure Bar)進(jìn)行單軸沖擊壓縮動態(tài)力學(xué)性能試驗(yàn),并研究其力學(xué)特性和破碎情況,在此基礎(chǔ)上分析試件的破裂程度及塊度分布;能量法方面,通過計(jì)算試件在SHPB單軸抗沖擊試驗(yàn)中的破碎能耗,表征試件的破碎狀態(tài)與能量吸收耗散的關(guān)系,從而揭示混凝土材料細(xì)觀破碎特征與沖擊力學(xué)特性的關(guān)系。所得結(jié)論如下:(1)在不同溫度條件下,試件的動態(tài)抗壓力學(xué)性能在較低溫度(200/400℃)時,溫度對試件的動態(tài)力學(xué)性能影響較小;但當(dāng)溫度超過閾值溫度(400℃)后,溫度對試件的初始損傷影響加大。子彈速度對混凝土試件的沖擊力學(xué)性能有一定的強(qiáng)化作用。在不同升溫梯度條件下,快速升溫試件對混凝土試件的弱化作用明顯強(qiáng)于慢速升溫試件。冷卻方式對試件強(qiáng)度有一定弱化作用。(2)根據(jù)篩分試驗(yàn)所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù),試件分形維數(shù)值明顯有其上下限,其數(shù)值分布在2.0-2.6之間。在不同條件下,破碎混凝土試件的分形維數(shù)隨溫度、子彈速度的升高而升高;在不同升溫梯度、水冷卻條件下,快速升溫試件與慢速升溫試件的分形維數(shù)均隨溫度的升高而增大;在慢速升溫條件下,自然冷卻的試件的分形維數(shù)總體略高于水冷卻試件,說明自然冷卻試件的破碎程度大于同等條件下的水冷卻試件,但從總體趨勢上分析,兩種冷卻方式曲線都隨溫度升高呈上升趨勢。(3)在不同溫度條件下,當(dāng)碎塊粒徑較小時(小于2.5mm),破碎試件的質(zhì)量比例與溫度變化有明顯的對應(yīng)關(guān)系,而破碎試件中等粒徑(2.5mm-10mm)與較大粒徑(16mm-25mm)的質(zhì)量比例隨溫度上升而不斷降低;破碎試件質(zhì)量比例與子彈速度有較強(qiáng)的相關(guān)性;當(dāng)比較不同冷卻方式時,在破碎碎塊粒徑較小(小于5mm)時,自然冷卻破碎試件的質(zhì)量比例大于同等條件下的水冷卻破碎試件,而大粒徑碎塊(16mm-25mm)在同等條件下的水冷卻破碎試件質(zhì)量比例大于自然冷卻試件,說明自然冷卻試件的破碎情況更為嚴(yán)重。(4)混凝土試件的破碎能量曲線分為兩部分,即上升段與平穩(wěn)段;在同一子彈速度條件下,隨著溫度的升高,試件的破碎能量的吸收量降低,且破碎閾值點(diǎn)也隨之降低;試件的入射能與破碎能耗隨子彈速度的增大而不斷增大,對應(yīng)試件的峰值應(yīng)力明顯增大;慢速升溫試件的破碎能耗大于快速升溫試件的破碎能耗;在相同溫度、子彈速度條件下,水冷卻試件的破碎能耗高于自然冷卻試件。(5)根據(jù)SHPB試驗(yàn)的比破碎能耗計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性關(guān)系的建立,可以得到以下結(jié)論:比能耗-峰值應(yīng)力、比能耗-分形維數(shù)的一次線性函數(shù)擬合的結(jié)果較為理想,峰值應(yīng)力、分形維數(shù)均隨比能耗的增大而增大,證明比能耗-峰值應(yīng)力、比能耗-分形維數(shù)有較強(qiáng)的相關(guān)性。但其最終的表現(xiàn)由各種因素的強(qiáng)化作用和弱化作用的非線性競爭耦合機(jī)制確定,也因此種耦合關(guān)系,試件的宏觀力學(xué)性能與細(xì)觀破碎特征均出現(xiàn)一定的離散型。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2.1 加熱爐圖 2.2 試件升溫曲線后，對于自然冷卻條件試件，自加熱爐取出后件試件，需提前準(zhǔn)備好冷卻水池，在冷卻水池，，直接置于水池中。試驗(yàn)使用的非接觸式紅外
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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1 李習(xí)波;焦楚杰;;高溫下混凝土SHPB試驗(yàn)研究[J];混凝土;2015年05期

2 王巍;劉京紅;史攀飛;;基于CT處理技術(shù)的巖石細(xì)觀破裂過程的分形分析[J];河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年03期

3 王宇;李曉;;土石混合體細(xì)觀分形特征與力學(xué)性質(zhì)研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年S1期

4 李樂;王益棟;徐永福;于聲浩;;基于分形理論顆粒破碎強(qiáng)度的研究[J];低溫建筑技術(shù);2015年04期

5 張季如;胡泳;張弼文;劉元志;;石英砂礫破碎過程中粒徑分布的分形行為研究[J];巖土工程學(xué)報(bào);2015年05期

6 周喻;高永濤;吳順川;嚴(yán)瓊;孫浩;;等效晶質(zhì)模型及巖石力學(xué)特征細(xì)觀研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2015年03期

7 翟越;艾曉芹;鄧子辰;何薇;;受火溫度和冷卻方式對混凝土抗壓強(qiáng)度影響[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年11期

8 王宇濤;劉殿書;李勝林;江雅勤;;基于Φ75mm SHPB系統(tǒng)的高溫混凝土動態(tài)力學(xué)性能研究[J];振動與沖擊;2014年17期

9 夏艷華;;準(zhǔn)脆性材料宏觀特性[J];考試周刊;2014年53期

10 劉曉輝;張茹;劉建鋒;;沖擊加載下煤巖破碎塊度與能耗關(guān)系的試驗(yàn)研究[J];中國煤炭;2014年06期

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1 潘峰;考慮細(xì)觀結(jié)構(gòu)的混凝土材料動強(qiáng)度提氋機(jī)理研究[D];西安理工大學(xué);2017年

2 劉慧;基于CT圖像處理的凍結(jié)巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)及損傷力學(xué)特性研究[D];西安科技大學(xué);2013年

3 洪亮;沖擊荷載下巖石強(qiáng)度及破碎能耗特征的尺寸效應(yīng)研究[D];中南大學(xué);2008年

4 翟越;巖石類材料的動態(tài)性能研究[D];長安大學(xué);2008年

5 田野;復(fù)摻礦物摻合料混凝土性能及抗裂機(jī)理、微觀特性研究[D];浙江大學(xué);2007年

6 杜婷;高性能再生混凝土微觀結(jié)構(gòu)及性能試驗(yàn)研究[D];華中科技大學(xué);2006年

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1 石蘊(yùn)美;混凝土高溫后沖擊壓縮性能試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究[D];長安大學(xué);2017年

2 蔣冬冬;沖擊載荷下巖石微結(jié)構(gòu)特征與破碎塊度關(guān)系的試驗(yàn)研究[D];遼寧科技大學(xué);2016年

3 王和平;不同沖擊載荷作用下巖石的破碎與能量耗散的研究[D];遼寧科技大學(xué);2016年

4 艾曉芹;混凝土高溫后靜動態(tài)力學(xué)性能研究[D];長安大學(xué);2015年

5 李騰宇;基于CT掃描的巖石細(xì)觀損傷規(guī)律研究[D];太原理工大學(xué);2015年

6 翟松韜;高溫下巖石的宏細(xì)觀特性試驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2013年

7 黃濤;沖擊致?lián)p混凝土力學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

8 李意;混凝土在單軸沖擊荷載作用下的破壞準(zhǔn)則研究[D];西南科技大學(xué);2012年

9 葉晨峰;花崗巖巖石爆破破裂損傷的微觀特性試驗(yàn)研究[D];湖南科技大學(xué);2012年

10 禹琦;高溫下素混凝土SHPB抗沖擊性能試驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2011年

本文編號：2642765