活性粉末混凝土沖擊壓縮性能的實驗及理論研究.pdf

1、活性粉末混凝土（Reactive Powder Concretes，簡稱RPCs）是新一代超高強度、高韌性、高耐久性且經(jīng)濟環(huán)保的復合材料，在土木工程的各個領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。RPC材料應用于建筑工程中，除承受準靜態(tài)載荷作用外，往往還要承受沖擊、爆炸等動載荷的作用，因此了解其動態(tài)力學性能是工程應用的基礎。 目前關(guān)于混凝土類材料的沖擊實驗和理論研究已有大量報道，結(jié)果顯示應變率敏感效應是引起其動態(tài)破壞強度提高的主要影響原因。同時，

2、混凝土具有很強的靜水壓力相關(guān)性，沖擊載荷作用下其破壞強度的提高實際上不僅僅是應變率效應引起的，由于慣性效應造成靜水壓力的改變也會影響其動態(tài)力學性能。而以往報道中往往將這二者籠統(tǒng)理解為應變率效應，結(jié)果高估了材料的應變率效應，由此建立的動態(tài)本構(gòu)模型自然也不能有效反映材料的真實動態(tài)力學特性。 本文以實驗研究為主，運用分離式霍普金森壓桿（SHPB）技術(shù)，對鋼纖維體積含量分別為0％、1．5％和2．0％的三種RPC材料進行了不同應變率下的沖

3、擊壓縮實驗。為了保證動態(tài)沖擊實驗結(jié)果的準確可靠性，本文在實驗技術(shù)方面進行了大量的前期準備工作。首先，為了實現(xiàn)RPC沖擊加載過程中滿足近似恒應變率和降低高頻振蕩對實驗結(jié)果的影響，本文嘗試了不同整形材料，最后確定了本文實驗所采用的最佳整形器材料及其尺寸；其次，為了消除加載桿與試件非平面接觸造成的實驗誤差，本文實驗采用了萬向頭技術(shù)，利用萬向頭的球面微調(diào)功能保證加載過程中的理想平面接觸。在此基礎上，實驗得到了不同應變率下三種RPC材料的破壞形態(tài)

4、、應力～應變關(guān)系、動態(tài)增長因子以及鋼纖維含量對RPC材料力學性能的影響。 為了確定RPC材料動態(tài)沖擊加載下壓縮強度提高的應變率效應和靜水壓力效應各自的貢獻，本文首先通過準靜態(tài)圍壓實驗得到該類材料靜水壓力和抗壓強度的關(guān)系。實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該類材料的抗壓強度與圍壓值基本呈線性關(guān)系，因此，利用線性Drucker-Prager模型有限元數(shù)值模擬SHPB沖擊壓縮實驗，得到不同應變率下由于橫向慣性效應導致靜水壓力提高造成的RPC材料破壞強度的

5、提高值。再利用動態(tài)沖擊實驗結(jié)果減去該靜水壓力效應影響項，從而最終得到這類材料的真實應變率效應。 在上述實驗工作的基礎上，本文以H-J-C模型為基礎，對三種RPC材料的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系進行了理論分析。首先，本文假設所研究RPC材料應變率效應和靜水壓力效應具有相互獨立性，忽略了H-J-C模型中的應變率和靜水壓力間的耦合作用；其次，依據(jù)準靜態(tài)圍壓實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，靜水壓力對該類材料壓縮破壞強度的影響基本呈線性關(guān)系，因此可以將H-J-C模型中靜