發(fā)布時間：2018-01-22 17:08

  本文關(guān)鍵詞： 混凝土開裂 熱彈性力學(xué) 開裂溫差 動強(qiáng)度提高機(jī)理 塑性混凝土　出處：《西安理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：水利工程中使用的混凝土較其他行業(yè)具有一定的特殊性,大壩混凝土和塑性混凝土是其典型代表。大壩混凝土作為主要結(jié)構(gòu)材料,其收縮引起的開裂以及受到地震作用下的動態(tài)彎拉破壞是其面臨的關(guān)鍵問題。混凝土的抗裂性能評價一直是混凝土研究的熱點和難點,一直未能得到很好解決。針對混凝土材料的抗裂性評價難題,作者發(fā)明了一種新型混凝土開裂試驗裝置,該裝置通過引入溫度應(yīng)力作用,采用低線膨脹系數(shù)的鋼環(huán)作為約束環(huán),提高了試驗設(shè)備的試驗敏感性,可以定量評價混凝土的抗裂性。針對混凝土材料在地震作用下的動強(qiáng)度提高問題,本文通過理論分析提出了混凝土動強(qiáng)度的提高是混凝土不均勻性和慣性聯(lián)合作用結(jié)果的觀點,并采用特殊設(shè)計三點彎試驗證明了本觀點的正確性。最后針對水工混凝土中較特殊的塑性混凝土抗剪切特性,研究了三軸應(yīng)力條件下膨潤土與水泥摻比和圍壓等因素對塑性混凝土強(qiáng)度和變形特性的影響規(guī)律。主要成果如下:(1)根據(jù)熱彈性力學(xué)理論,推導(dǎo)出了鋼環(huán)和混凝土環(huán)組合系統(tǒng)在溫降和干燥條件下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移的解析表達(dá)式,為試驗裝置的改進(jìn)提供了理論基礎(chǔ),并采用ABAQUS有限元軟件驗證了解析計算結(jié)果的正確性。分析結(jié)果表明,鋼環(huán)線膨脹系數(shù)、鋼環(huán)厚度、溫降大小以及混凝土早期彈性模量均對鋼環(huán)和混凝土環(huán)應(yīng)力、應(yīng)變和位移影響顯著,其中溫降大小和鋼環(huán)線膨脹系數(shù)對混凝土環(huán)環(huán)向拉應(yīng)力影響最為顯著,分析結(jié)果為物理試驗裝置改進(jìn)確定了方向。(2)根據(jù)理論分析結(jié)果,優(yōu)選了鋼環(huán)厚度分別為6mm、8mm、110mm時的情況進(jìn)行混凝土開裂對比試驗。試驗結(jié)果表明,鋼環(huán)厚度對鋼環(huán)應(yīng)變測值有顯著影響,在相同溫降條件下鋼環(huán)厚度為6mm時對應(yīng)的應(yīng)變測值更大,更容易準(zhǔn)確測量,最后綜合分析確定了鋼環(huán)厚度為6mm更優(yōu)。不同養(yǎng)護(hù)溫度和溫降速率的混凝土開裂對比試驗結(jié)果表明,養(yǎng)護(hù)溫度為30℃,溫降速率為1℃/h時,混凝土圓環(huán)在試驗中未發(fā)生開裂,即混凝土環(huán)的環(huán)向拉應(yīng)力未達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)力。養(yǎng)護(hù)溫度為60℃和80℃,溫降速率為15℃/h時,混凝土環(huán)均產(chǎn)生了開裂破壞。養(yǎng)護(hù)溫度為60℃和80℃的試驗結(jié)果表明,養(yǎng)護(hù)為80℃,溫降速率為15℃/h時試驗結(jié)果的穩(wěn)定性更優(yōu),據(jù)此確定了新型混凝土開裂試驗裝置的尺寸和試驗方法。(3)采用新型混凝土開裂試驗方法,研究了原材料因素(礦物摻合料、外加劑類型、坍落度、骨料類型、纖維)和齡期對混凝土抗裂性的影響。試驗結(jié)果表明,在立方體抗壓強(qiáng)度相同條件下,粉煤灰和硅灰的加入使得混凝土的抗裂性降低了 21%～47.6%。減水劑類型對混凝土抗裂性的影響最為顯著,摻加萘系減水劑的混凝土較聚羧酸減水劑的混凝土抗裂性顯著降低,降幅達(dá)61.2%抗裂劑對混凝土早期抗裂性影響不大。不同坍落度混凝土的開裂對比試驗結(jié)果表明,大流態(tài)混凝土(19cm)較常態(tài)混凝土(6cm)混凝土的抗裂性降低了 12%左右,影響較小。通過不同骨料(人工花崗巖骨料、人工灰?guī)r骨料,天然石英石骨料、天然礫石骨料)混凝土的開裂對比試驗表明,以人工花崗巖骨料為基準(zhǔn),灰?guī)r骨料較花崗巖骨料抗裂性提高了 12.5%,石英石骨料、礫石骨料較花崗巖骨料抗裂性降低了 32%和33.8%,即人工骨料配制的混凝土抗裂性明顯優(yōu)于礫石和石英石骨料,灰?guī)r骨料較花崗巖骨料配制的混凝土抗裂性更優(yōu)。聚丙烯纖維和鋼纖維混凝土的開裂對比試驗表明,聚丙烯纖維對混凝土的抗裂性有不利作用;鋼纖維則顯著提高了混凝土的抗裂性。鋼纖維混凝土在溫降過程中未發(fā)生應(yīng)變突變,其約束鋼環(huán)的峰值應(yīng)變?yōu)?61με,對應(yīng)的混凝土平均拉應(yīng)力為5.13MPa,即設(shè)備所能提供的最大拉應(yīng)力,滿足絕大多數(shù)混凝土的抗裂性評價要求。同一配合比不同養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度時混凝土的開裂對比試驗結(jié)果表明,同一配比混凝土后期抗裂性較前期有顯著降低,降幅在16.0%～18.1%之間;隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加,抗拉強(qiáng)度逐漸增加,其抗裂性又有增高趨勢,但增幅較小。新型混凝土開裂試驗法采用開裂溫差作為抗裂性評價指標(biāo),能綜合反映混凝土材料在溫降條件下的開裂特性,并可以定量對混凝土材料的抗裂性進(jìn)行評價。(4)針對混凝土在動態(tài)彎拉條件下的動強(qiáng)度提高問題,提出混凝土材料的靜、動強(qiáng)度差異主要是由于材料的不均勻性造成的,混凝土材料的靜、動強(qiáng)度與其破壞后裂紋的發(fā)展路徑有關(guān)。靜態(tài)破壞時裂紋沿著材料的薄弱面向前發(fā)展,即靜態(tài)裂紋開裂遵循最小耗能原理;而動態(tài)破壞時,材料內(nèi)部的應(yīng)變能需要在瞬間得到釋放,裂紋沿著能量釋放最短路徑向前發(fā)展,這時的裂紋穿過了材料的部分高強(qiáng)度區(qū)(如混凝土中的骨料),使得材料的動強(qiáng)度高于靜強(qiáng)度,即動態(tài)裂紋開裂遵循能量釋放率相關(guān)原理。通過特殊設(shè)計三點彎試驗,成型菱形試件模擬彎曲時的骨料,采用微機(jī)伺服萬能試驗機(jī)和自由落體沖擊試驗對試驗梁進(jìn)行加載,在慢速加載(0.1mm/min)和快速加載(140mm/min)以及不同高度落錘(1m、3m、6m、9m)自由沖擊,分析試件的破壞強(qiáng)度、破壞形態(tài),以及裂紋的發(fā)展走向規(guī)律,證明了本觀點的正確性,并給出了混凝土動態(tài)彎拉條件下的動強(qiáng)度表達(dá)式。(5)針對塑性混凝土在三軸應(yīng)力作用下的抗剪切特性,通過改變塑性混凝土配合比中膨潤土與水泥摻比,配制出28天立方體抗壓強(qiáng)度為2MPa、4MPa、6MPa、8MPa左右的塑性混凝土進(jìn)行常規(guī)三軸壓縮試驗,研究了膨潤土與水泥摻比以及圍壓等對塑性混凝土強(qiáng)度和變形特性的影響。試驗結(jié)果表明,隨著膨潤土摻量的增加,塑性混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度σc和粘聚力c具有相同的變化規(guī)律,即加入膨潤土后混凝土單軸抗壓強(qiáng)度及粘聚力均有顯著降低。而塑性混凝土內(nèi)摩擦角φ和拉壓強(qiáng)度比α變化不大,即膨潤土摻量對塑性混凝土強(qiáng)度的靜水應(yīng)力敏感性及拉壓強(qiáng)度的差異性影響不大。最后建立了膨潤土與水泥摻比與軸向應(yīng)變值為0.5%時對應(yīng)的割線模量E_(0.5)、峰值應(yīng)變ε_(1f)、體積應(yīng)變ε_v、以及模強(qiáng)比的完整函數(shù)關(guān)系。
[Abstract]:Based on the theory of thermal elastic mechanics , the paper presents a new kind of concrete cracking test device . The results show that the stress , strain and displacement of steel ring and concrete ring under the condition of temperature decreasing and drying are the most significant . The results show that the steel ring thickness is 6 mm , 8 mm and 110 mm respectively . The experimental results show that the crack resistance of concrete is reduced by 12 % to 47.6 % . ( 4 ) For the improvement of dynamic strength of concrete under dynamic bending conditions , it is pointed out that the static and dynamic strength of concrete is related to the development path of crack after failure .

【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TV431

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 朱延春;;土的動強(qiáng)度分析[J];大壩觀測與土工測試;1991年01期

2 趙慧;;云南粉土不同破壞標(biāo)準(zhǔn)的動強(qiáng)度研究[J];建筑技術(shù)開發(fā);2008年06期

3 黃克武;自翻幨動強(qiáng)度奻歐已告完成[J];鐵道車輛;1963年04期

4 張正元;;起重機(jī)動強(qiáng)度概論[J];建筑機(jī)械;1984年04期

5 王洪瑾,沈瑞福,馬奇國;雙向振動下土的動強(qiáng)度[J];清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1996年04期

6 馬林;董立山;宿鐘鳴;;測試黃土動強(qiáng)度的新方法研究[J];路基工程;2013年06期

7 吳懷忠;王汝恒;郭文;初文榮;;砂卵石土動強(qiáng)度與動彈性模量試驗分析[J];工業(yè)建筑;2006年09期

8 張淑娟;賴遠(yuǎn)明;李雙洋;常小曉;;凍土動強(qiáng)度特性試驗研究[J];巖土工程學(xué)報;2008年04期

9 陳能遠(yuǎn);駱亞生;董雷;;摻土粉煤灰的動強(qiáng)度及孔壓發(fā)展規(guī)律[J];水文地質(zhì)工程地質(zhì);2011年01期

10 黃佐賢;楊秀珍;;曲軸動強(qiáng)度的計算方法[J];汽車技術(shù);1989年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 施榮明;;結(jié)構(gòu)動強(qiáng)度“十一五”期間面臨的任務(wù)[A];中國航空結(jié)構(gòu)動力學(xué)專業(yè)組第十六屆學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2008年

2 余湘娟;房震;嚴(yán)蘊(yùn);張之妤;;含水率對壓實粉煤灰動強(qiáng)度影響初探[A];中國土木工程學(xué)會第九屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2003年

3 吳大成;蔣浩江;;淺談原材料對塑性混凝土性質(zhì)的影響[A];地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)：2009年地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)研討會論文集[C];2009年

4 許尚杰;王可良;杜濱;;橡膠粉改性塑性混凝土試驗研究[A];中國水利學(xué)會地基與基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會第十一次全國學(xué)術(shù)技術(shù)研討會論文集[C];2011年

5 于海唐;;山西省張峰水庫左岸防滲墻塑性混凝土施工工藝及質(zhì)量控制[A];土石壩技術(shù)——2008年論文集[C];2008年

6 袁梅;趙家聲;;防滲墻塑性混凝土變形模量試驗方法研究[A];中國水利學(xué)會地基與基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會第十一次全國學(xué)術(shù)技術(shù)研討會論文集[C];2011年

7 王碧峰;;蘇丹麥洛維水電站防滲墻塑性混凝土試驗[A];地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)：2009年地基基礎(chǔ)工程與錨固注漿技術(shù)研討會論文集[C];2009年

8 高鐘璞;;塑性混凝土及其在水口水電站主圍堰防滲墻中的應(yīng)用[A];巖石力學(xué)與工程應(yīng)用——河北省巖石力學(xué)與工程學(xué)會學(xué)術(shù)研討會論文集[C];1990年

9 姚坤;張禾;王飛;朱傳磊;;防滲墻塑性混凝土滲透試驗裝置的研制[A];中國水利學(xué)會地基與基礎(chǔ)工程專業(yè)委員會第十一次全國學(xué)術(shù)技術(shù)研討會論文集[C];2011年

10 胡黎明;張建紅;濮家騮;;三峽工程二期圍堰塑性混凝土單墻剖面應(yīng)力變形有限元分析[A];第六屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第一卷）[C];1997年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 莊梁 巨榮博;動中求進(jìn)勇攀飛機(jī)動強(qiáng)度研究的新高峰[N];中國航空報;2003年

2 黃文超;動強(qiáng)度與綜合環(huán)境專業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀與未來發(fā)展[N];中國航空報;2013年

3 ;天水市預(yù)拌混凝土管理辦法[N];天水日報;2005年

4 ;寧波市預(yù)拌混凝土管理規(guī)定[N];寧波日報;2007年

5 記者 李峻;預(yù)拌混凝土：步入規(guī)范化管理新階段[N];宜春日報;2006年

6 南昌市散裝水泥和預(yù)拌混凝土管理辦公室主任 王仲良;預(yù)拌混凝土“禁現(xiàn)”效果分析及政策完善方向[N];中華建筑報;2008年

7 ;昆明市預(yù)拌混凝土管理辦法[N];昆明日報;2010年

8 蘭盈成;在建筑施工中如何控制混凝土質(zhì)量問題的思考[N];伊犁日報(漢);2010年

9 ;關(guān)于修改《寧波市預(yù)拌混凝土管理規(guī)定》的決定[N];寧波日報;2012年

10 錢國明邋孟文斌;混凝土質(zhì)量通病的預(yù)防與處理[N];建筑時報;2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 焦凱;水工混凝土開裂試驗系統(tǒng)、動強(qiáng)度率效應(yīng)及三軸剪切特性研究[D];西安理工大學(xué);2016年

2 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

3 宋帥奇;塑性混凝土強(qiáng)度和變形性能及其計算方法[D];鄭州大學(xué);2015年

4 王四巍;單軸和三軸應(yīng)力下塑性混凝土性能研究[D];鄭州大學(xué);2010年

5 胡良明;塑性混凝土受壓本構(gòu)關(guān)系模型與破壞準(zhǔn)則[D];鄭州大學(xué);2012年

6 李美利;混凝土潮濕養(yǎng)護(hù)效率的電阻率評價方法研究[D];重慶大學(xué);2011年

7 孟濤;冶金腐蝕環(huán)境下混凝土的劣化機(jī)理和修補(bǔ)材料開發(fā)研究[D];浙江大學(xué);2006年

8 王軍;相變控溫混凝土的理論基礎(chǔ)研究和制備[D];武漢理工大學(xué);2011年

9 曹明莉;混凝土架構(gòu)模型研究[D];大連理工大學(xué);2009年

10 侯東偉;混凝土自身與干燥收縮一體化及相關(guān)問題研究[D];清華大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王娜;麗攀高速公路華坪隧道飽和昔格達(dá)土動強(qiáng)度試驗研究[D];西南交通大學(xué);2016年

2 徐鵬;雙向循環(huán)荷載作用下紅土的動強(qiáng)度特性試驗研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2017年

3 韓銘;結(jié)構(gòu)動強(qiáng)度可靠性評估的研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

4 徐振華;土工合成材料加筋土動強(qiáng)度特性試驗與數(shù)值模擬研究[D];青島理工大學(xué);2014年

5 楊永俊;不同地區(qū)黃土動強(qiáng)度特性試驗研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2009年

6 譚東岳;復(fù)雜初始應(yīng)力狀態(tài)下非飽和黃土動強(qiáng)度特性試驗研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2011年

7 張吉宏;交通荷載作用下粉煤灰的動強(qiáng)度及孔壓特性試驗研究[D];大連理工大學(xué);2006年

8 李松;防滲墻塑性混凝土的性能研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

9 劉璐璐;循環(huán)荷載作用下塑性混凝土的基本性能試驗研究[D];華北水利水電大學(xué);2016年

10 秘金印;防滲墻塑性混凝土力學(xué)性能及抗?jié)B性能研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2013年

，

本文編號：1455255