【摘要】：大體積水工混凝土結(jié)構(gòu)物,如混凝土拱壩和重力壩等,在其服役期間往往要考慮地震作用等動力荷載的影響,使其大部分部位處于高應(yīng)變速率下的二軸或三軸應(yīng)力狀態(tài)。而目前關(guān)于水工大骨料混凝土多軸動態(tài)力學(xué)特性的試驗(yàn)研究還比較少見,基于多軸動態(tài)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)指標(biāo)也有待進(jìn)一步開展研究。本文利用實(shí)驗(yàn)室自行研制的三軸液壓伺服試驗(yàn)系統(tǒng),針對實(shí)際應(yīng)用中起設(shè)計(jì)控制作用的大壩表面部位的三級配混凝土及其二級配濕篩混凝土,開展多軸動態(tài)加載試驗(yàn),加載條件包括單軸動態(tài)受壓、單軸動態(tài)受拉、雙軸恒定比例動態(tài)受壓、雙軸恒定比例動態(tài)拉壓以及三軸恒定比例動態(tài)拉-壓-壓,考慮地震作用所對應(yīng)的應(yīng)變速率,即10-5s-1、10-4S-1、10 3r-1、10-2S-1四個級別。最后提出一種可方便應(yīng)用于水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算的基于多軸動態(tài)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)指標(biāo)。具體研究內(nèi)容及主要結(jié)論如下:(1)開展了三級配混凝土及其濕篩混凝土的單軸動態(tài)受壓、單軸動態(tài)受拉試驗(yàn),得出兩種混凝土單軸動態(tài)力學(xué)性能指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線;試驗(yàn)結(jié)果表明,三級配混凝土與二級配濕篩混凝土動態(tài)單軸強(qiáng)度隨應(yīng)變速率的增長速率遠(yuǎn)大于普通混凝土,水工混凝土單軸動態(tài)強(qiáng)度的濕篩效應(yīng)受應(yīng)變速率的影響規(guī)律不明顯,動態(tài)峰值應(yīng)變隨應(yīng)變速率略有增長,動態(tài)彈性模量隨應(yīng)變速率的增長速率水平與動態(tài)強(qiáng)度相當(dāng);通過回歸分析得出一系列反映水工混凝土動態(tài)力學(xué)性能的經(jīng)驗(yàn)公式;(2)通過三級配混凝土及其濕篩混凝土的雙軸恒定比例動態(tài)受壓加載試驗(yàn),測得兩種混凝土雙軸動態(tài)受壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了應(yīng)變速率、應(yīng)力比及濕篩效應(yīng)對三級配混凝土雙軸動態(tài)受壓強(qiáng)度的影響;試驗(yàn)結(jié)果表明,雙軸動態(tài)抗壓強(qiáng)度隨應(yīng)變速率增加而提高,應(yīng)力比越大,增長速度越慢,同時雙軸受壓下的動態(tài)強(qiáng)度增長速度小于單軸受壓,兩種混凝土強(qiáng)度比值受應(yīng)力比的影響要大于受應(yīng)變速率的影響,并且普遍小于單軸受壓;通過分析,分別給出了水工混凝土在主應(yīng)力空間和八面體應(yīng)力空間下的雙軸動態(tài)受壓強(qiáng)度準(zhǔn)則;(3)實(shí)施了三級配混凝土及其濕篩混凝土的雙軸恒定比例動態(tài)拉壓加載試驗(yàn),得出兩種混凝土雙軸動態(tài)拉壓下的強(qiáng)度及峰值應(yīng)變試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了應(yīng)變速率、應(yīng)力比及濕篩效應(yīng)對三級配混凝土雙軸動態(tài)拉壓特性的影響;試驗(yàn)結(jié)果表明,雙軸動態(tài)拉壓下的動態(tài)強(qiáng)度增長速率大于單軸動態(tài)受拉、單軸動態(tài)受壓和雙軸動態(tài)受壓,并且隨應(yīng)力比絕對值的增大而減小,動態(tài)峰值拉應(yīng)變受應(yīng)力比的影響要大于受應(yīng)變速率的影響;通過分析給出了考慮應(yīng)變速率和應(yīng)力比雙因素相互影響的水工混凝土雙軸動態(tài)拉壓強(qiáng)度準(zhǔn)則。(4)進(jìn)行了三級配混凝土及其濕篩混凝土的三軸恒定比例動態(tài)拉-壓-壓試驗(yàn),得出兩種混凝土三軸動態(tài)拉-壓-壓下的強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了兩種混凝土三軸動態(tài)拉壓特性的影響因素及其與雙軸動態(tài)拉壓特性之間的差異;試驗(yàn)結(jié)果表明,三軸動態(tài)拉-壓-壓下的動態(tài)強(qiáng)度增長速率水平與單軸動態(tài)受拉相當(dāng),兩種混凝土強(qiáng)度比值在三軸拉壓下最小、雙軸次之、單軸最大;通過分析給出了八面體應(yīng)力空間下的水工混凝土三軸動態(tài)拉壓強(qiáng)度準(zhǔn)則。(5)通過對安全系數(shù)、失效距離系數(shù)等現(xiàn)有設(shè)計(jì)指標(biāo)的分析,提出一種基于多軸動態(tài)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)指標(biāo),即動態(tài)失效距離系數(shù);該指標(biāo)以應(yīng)力點(diǎn)到多軸動態(tài)破壞面的最短距離作為計(jì)算依據(jù),與現(xiàn)行的單軸動態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)相比,該指標(biāo)能夠更加直觀、方便地反映各計(jì)算部位的安全程度,可以作為水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的驗(yàn)算指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV431
【圖文】：

積極發(fā)展水力發(fā)電，是我國能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容之一。我國西部地區(qū)具有豐富的水逡逑力資源，發(fā)展水力發(fā)電前景廣闊。但是這些地區(qū)往往處于高烈度地震區(qū)，由于地震造成逡逑的混凝土壩的破壞將給國家和社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，如圖１．１所示。因此對于逡逑水工結(jié)構(gòu)物而言，其抗震性能要求很高。為此，水工結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與安全性評價研宄的逡逑重要內(nèi)容之一就是要對水工混凝土材料的動力特性及破壞機(jī)理開展進(jìn)一步的研究［１＿６］。逡逑混凝土壩、核電站安全殼、港口碼頭等大體積混凝土結(jié)構(gòu)，為減少混凝土水化熱、防止逡逑由于其內(nèi)部的溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的開裂危害，通常采取兩項(xiàng)措施來優(yōu)化大體積混凝土組分：逡逑一方面是摻入了粉煤灰，減少水泥用量，改善混凝土性能；另一方面則是X椉喲止橇蝦義狹�，即采用三级配或四级艤Z拇蠊橇匣炷�，其桩岓骨联M＞犢紗錚福埃恚砩踔粒保叮埃恚懟ｅ義掀脹ɑ炷鐐ǔ２捎靡患杜�，其粗骨廖r拷鑫常埃�？４０％，而大骨料混凝土謱懼骨料辶x蝦靠篩嘰锏劍叮埃ィ罰埃ィ飩賈鋁街只炷獵詼ρ閱芊矯嫻牟鉅�。因磾\斜劐義弦攵源蠊橇匣炷量茍ρ匭苑矯嫻氖匝檠芯

本文編號：2713340