水工混凝土多轴动态力学特性试验及设计指标研究
发布时间：2020-06-14 20:50
【摘要】：大体积水工混凝土结构物,如混凝土拱坝和重力坝等,在其服役期间往往要考虑地震作用等动力荷载的影响,使其大部分部位处于高应变速率下的二轴或三轴应力状态。而目前关于水工大骨料混凝土多轴动态力学特性的试验研究还比较少见,基于多轴动态强度的设计指标也有待进一步开展研究。本文利用实验室自行研制的三轴液压伺服试验系统,针对实际应用中起设计控制作用的大坝表面部位的三级配混凝土及其二级配湿筛混凝土,开展多轴动态加载试验,加载条件包括单轴动态受压、单轴动态受拉、双轴恒定比例动态受压、双轴恒定比例动态拉压以及三轴恒定比例动态拉-压-压,考虑地震作用所对应的应变速率,即10-5s-1、10-4S-1、10 3r-1、10-2S-1四个级别。最后提出一种可方便应用于水工结构抗震设计验算的基于多轴动态强度的设计指标。具体研究内容及主要结论如下:(1)开展了三级配混凝土及其湿筛混凝土的单轴动态受压、单轴动态受拉试验,得出两种混凝土单轴动态力学性能指标的试验数据及应力-应变关系曲线;试验结果表明,三级配混凝土与二级配湿筛混凝土动态单轴强度随应变速率的增长速率远大于普通混凝土,水工混凝土单轴动态强度的湿筛效应受应变速率的影响规律不明显,动态峰值应变随应变速率略有增长,动态弹性模量随应变速率的增长速率水平与动态强度相当;通过回归分析得出一系列反映水工混凝土动态力学性能的经验公式;(2)通过三级配混凝土及其湿筛混凝土的双轴恒定比例动态受压加载试验,测得两种混凝土双轴动态受压强度试验数据,分析了应变速率、应力比及湿筛效应对三级配混凝土双轴动态受压强度的影响;试验结果表明,双轴动态抗压强度随应变速率增加而提高,应力比越大,增长速度越慢,同时双轴受压下的动态强度增长速度小于单轴受压,两种混凝土强度比值受应力比的影响要大于受应变速率的影响,并且普遍小于单轴受压;通过分析,分别给出了水工混凝土在主应力空间和八面体应力空间下的双轴动态受压强度准则;(3)实施了三级配混凝土及其湿筛混凝土的双轴恒定比例动态拉压加载试验,得出两种混凝土双轴动态拉压下的强度及峰值应变试验数据,分析了应变速率、应力比及湿筛效应对三级配混凝土双轴动态拉压特性的影响;试验结果表明,双轴动态拉压下的动态强度增长速率大于单轴动态受拉、单轴动态受压和双轴动态受压,并且随应力比绝对值的增大而减小,动态峰值拉应变受应力比的影响要大于受应变速率的影响;通过分析给出了考虑应变速率和应力比双因素相互影响的水工混凝土双轴动态拉压强度准则。(4)进行了三级配混凝土及其湿筛混凝土的三轴恒定比例动态拉-压-压试验,得出两种混凝土三轴动态拉-压-压下的强度试验数据,分析了两种混凝土三轴动态拉压特性的影响因素及其与双轴动态拉压特性之间的差异;试验结果表明,三轴动态拉-压-压下的动态强度增长速率水平与单轴动态受拉相当,两种混凝土强度比值在三轴拉压下最小、双轴次之、单轴最大;通过分析给出了八面体应力空间下的水工混凝土三轴动态拉压强度准则。(5)通过对安全系数、失效距离系数等现有设计指标的分析,提出一种基于多轴动态强度的设计指标,即动态失效距离系数;该指标以应力点到多轴动态破坏面的最短距离作为计算依据,与现行的单轴动态设计指标相比,该指标能够更加直观、方便地反映各计算部位的安全程度,可以作为水工结构抗震设计的验算指标。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV431
【图文】：
积极发展水力发电，是我国能源战略的重要内容之一。我国西部地区具有丰富的水逡逑力资源，发展水力发电前景广阔。但是这些地区往往处于高烈度地震区，由于地震造成逡逑的混凝土坝的破坏将给国家和社会带来巨大的经济财产损失，如图１．１所示。因此对于逡逑水工结构物而言，其抗震性能要求很高。为此，水工结构抗震设计与安全性评价研宄的逡逑重要内容之一就是要对水工混凝土材料的动力特性及破坏机理开展进一步的研究［１＿６］。逡逑混凝土坝、核电站安全壳、港口码头等大体积混凝土结构，为减少混凝土水化热、防止逡逑由于其内部的温度应力而产生的开裂危害，通常采取两项措施来优化大体积混凝土组分：逡逑一方面是掺入了粉煤灰，减少水泥用量，改善混凝土性能；另一方面则是X椉哟止橇虾义狭浚床捎萌杜浠蛩募杜涞拇蠊橇匣炷粒渥畲蠊橇狭＞犊纱铮福埃恚砩踔粒保叮埃恚怼ｅ义掀胀ɑ炷镣ǔ２捎靡患杜洌浯止橇虾拷鑫常埃ィ浚矗埃ィ蠊橇匣炷林写止橇襄义虾靠筛叽锏剑叮埃ィ罚埃ィ饨贾铝街只炷猎诙ρ阅芊矫娴牟钜臁Ｒ虼擞斜劐义弦攵源蠊橇匣炷量苟ρ匦苑矫娴氖匝檠芯
本文编号：2713340
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV431
【图文】：
积极发展水力发电，是我国能源战略的重要内容之一。我国西部地区具有丰富的水逡逑力资源，发展水力发电前景广阔。但是这些地区往往处于高烈度地震区，由于地震造成逡逑的混凝土坝的破坏将给国家和社会带来巨大的经济财产损失，如图１．１所示。因此对于逡逑水工结构物而言，其抗震性能要求很高。为此，水工结构抗震设计与安全性评价研宄的逡逑重要内容之一就是要对水工混凝土材料的动力特性及破坏机理开展进一步的研究［１＿６］。逡逑混凝土坝、核电站安全壳、港口码头等大体积混凝土结构，为减少混凝土水化热、防止逡逑由于其内部的温度应力而产生的开裂危害，通常采取两项措施来优化大体积混凝土组分：逡逑一方面是掺入了粉煤灰，减少水泥用量，改善混凝土性能；另一方面则是X椉哟止橇虾义狭浚床捎萌杜浠蛩募杜涞拇蠊橇匣炷粒渥畲蠊橇狭＞犊纱铮福埃恚砩踔粒保叮埃恚怼ｅ义掀胀ɑ炷镣ǔ２捎靡患杜洌浯止橇虾拷鑫常埃ィ浚矗埃ィ蠊橇匣炷林写止橇襄义虾靠筛叽锏剑叮埃ィ罚埃ィ饨贾铝街只炷猎诙ρ阅芊矫娴牟钜臁Ｒ虼擞斜劐义弦攵源蠊橇匣炷量苟ρ匦苑矫娴氖匝檠芯
本文编号：2713340
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