極寒環(huán)境下陶粒混凝土的沖擊力學響應與破壞機理研究項目摘要

陶?；炷猎跇O寒環(huán)境（-40~0℃）沖擊載荷下的力學行為，由于陶粒多孔性引起陶粒的吸能作用和陶粒內孔水分結冰導致的膨脹力，使得其破壞機理有別于普通混凝土。本項目采用超聲波技術測定陶?；炷恋膹椥阅Ａ?、內稟時間；劈拉試驗測定材料的拉伸強度；通過普通混凝土、陶?；炷良捌渖皾{試樣的動靜態(tài)壓縮對照試驗，研究陶粒在陶?；炷磷冃沃械奈茇暙I；對不同的含水量和極寒溫度下試樣的動靜態(tài)壓縮試驗，研究陶粒內孔水分冰凍膨脹力對破壞的影響；對確定極寒溫度凍融循環(huán)后的試樣，進行動靜態(tài)壓縮試驗，預估試樣內水分向陶粒內孔輸送后冰凍膨脹力的變化，探究應變率效應和極寒環(huán)境對陶?；炷疗茐牡鸟詈嫌绊懀粚μ樟；炷良氂^觀測、統計分析并結合應力-應變曲線進行數值模擬，優(yōu)化確定細觀損傷和宏觀損傷演化模型以及計及損傷的率型本構方程中的參數；揭示極寒環(huán)境下陶?；炷恋臎_擊損傷破壞機理，建立極寒環(huán)境下陶?；炷恋穆市蛽p傷本構關系。

對于越來越受到關注的綠色建材--陶粒混凝土的沖擊力學性能，特別是凍融循環(huán)后的沖擊力學響應及其破壞規(guī)律研究將對材料的性能改進、健康安全使用提供技術支撐。本項目開展了不同體積陶粒含量的混凝土在不同凍融循環(huán)次數和不同應變率下的壓縮試驗，揭示陶?；炷翛_擊載荷下的損傷破壞規(guī)律。主要內容包括：(1)采用超聲波技術測定陶?；炷恋膹椥阅Ａ孔兓?guī)律；（2）劈拉試驗測定材料的拉伸強度(撰寫相關文章1篇)；（3）通過普通混凝土、陶粒混凝土及其砂漿試樣的動靜態(tài)壓縮對照試驗，研究陶粒在陶粒混凝土變形中的吸能貢獻(撰寫論文1篇，畢業(yè)研究生1位)；（4）對確定極寒溫度凍融循環(huán)后的試樣，進行動靜態(tài)壓縮試驗，探究應變率效應和極寒環(huán)境對陶?；炷疗茐牡鸟詈嫌绊?撰寫文章1篇，畢業(yè)研究生1位)；（5）對陶?；炷良氂^分析并結合實驗結果進行數值模擬，給出了三維細觀數值模型，較好地展現了陶?；炷羷討B(tài)損傷失效的全過程(撰寫文章2篇，畢業(yè)研究生1位)。模擬表明，陶?；炷恋膿p傷失效是從強度較弱的陶粒骨料開始的，裂紋從陶粒區(qū)域逐漸向砂漿基體擴展、貫通導致試樣整體失效；（6）給出了體積分數、凍融循環(huán)次數和應變率相關的經驗型陶?；炷帘緲嬯P系(撰寫文章1篇，畢業(yè)研究生1位)；（7）制作了臥式SHPB束桿，并改善了應變測量與束桿滑動困難等一系列具體實驗技術問題，對混凝土類大尺寸試樣的沖擊力學響應研究做了有益的探索，首次探尋凍融循環(huán)后陶?；炷恋膭討B(tài)力學性能，獲得了一大批寶貴的實驗結果和分析結果，相關試驗裝置申請獲批實用新型專利3項，申報待批發(fā)明專利2項。本項目按照研究目標，開展了大量的理論分析、實驗和數值模擬工作，揭示了極寒溫度凍融循環(huán)后陶?；炷恋臎_擊損傷破壞機理，建立了凍融循環(huán)后陶?；炷恋穆市蛽p傷經驗型本構關系，對陶?；炷恋膽煤凸こ淘O計具有指導意義。 2100433B

一是通過理論分析和實驗相結合的方式，著重探討混凝土材料動態(tài)破壞成因及其演化機理的過程，研究破壞的臨界條件，并建立表征其破壞機理的一般模型；進而完善我們已給出的混凝土材料的動態(tài)本構模型；二是分析研究不同配筋對混凝土材料破壞形態(tài)及其破壞機理的影響，包括：配筋率、配筋間距和配筋形式等因素，建立配筋與混凝土之間的粘結-滑移關系；三是基于以上研究工作，建立強沖擊載荷作用下鋼筋混凝土動態(tài)響應的理論分析模型，并在數值上予以實現。意義：通過本項目的完成，力求為工程設計、結構選材提供優(yōu)化分析和安全保障。 2100433B

本項目以提升結構工程設計安全的需求為背景，結合實驗研究和數值模擬為手段，從玻璃和膠片材料層面系統性研究結構玻璃的材料性能并拓展到結構層面的玻璃結構的沖擊破壞機理和耗能規(guī)律，提出在動載下結構玻璃材料的本構和破壞特征及其數學力學表征。開發(fā)了基于組合有限元-離散元理論、考慮夾層玻璃材料和膠合面耦合脫膠行為、分析脆性/延性復合結構的新型數值方法及其沖擊仿真模型。通過實驗觀察和數值模擬，揭示玻璃結構在剛體沖擊下的起裂、破壞過程及其發(fā)展機理，闡述不同設計參數（玻璃類型、玻璃層數、膠層厚度和類型、支撐條件、玻璃厚度比）和玻璃面板開裂順序對沖擊承載力的影響，研究夾層玻璃在沖擊破壞過程中能量傳遞和耗散規(guī)律、各種破壞模態(tài)發(fā)生條件及其沖擊破壞兩大極限狀態(tài)的識別，提出玻璃結構抗沖擊設計的性能指標。推導玻璃結構抗沖擊承載力模型，構建玻璃結構抗沖擊設計方法。