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混凝土材料的动力特性研究是高拱坝抗震研究中的一个重要内容。试验研究最好采用全级配混凝土试件,然而全级配混凝土试件无论在其浇筑还是试验阶段都具有较高要求,不易进行大批量试验。目前,工程上常用方法是进行小尺寸的湿筛混凝土弯拉试验。显然,两者之间存在一定的相关性,但其定量关系至今仍是一个尚未解决好的难题,本文对此进行研究,具有重要的理论意义和工程实用价值。
本文受国家自然科学基金重大研究计划重点项目“西部高拱坝抗震安全前沿性基础科学问题研究”(90510017)和水利部公益性项目(200701004)资助,依托实际工程(小湾拱坝),在本课题组前期全级配混凝土试验研究的基础上,对39个采用小湾拱坝实际原材料的湿筛混凝土试件进行静动态弯拉力学特性试验研究,得到湿筛混凝土在各种工况下的试验结果,然后对小湾拱坝全级配混凝土和湿筛混凝土动态弯拉力学特性试验结果进行对比,分析两者的相关性,同时还研究了湿筛混凝土的动态弯拉声发射特性。
主要内容为:(1)研究了不同加载速率下(应变率1×10<-6>s<-1>、1×10<-5> s<-1>、1×10<-4>s<-1>、1×10<-3>s<-1>)湿筛混凝土试件静动态弯拉特性;(2)研究了不同的初始静载(0%、40%、80%、90%)和动态加载方式(冲击波、变幅三角波)下湿筛混凝土试件静动态弯拉特性;(3)研究了不同干湿条件下的湿筛混凝土静动态弯拉特性;(4)进行了全级配混凝土和湿筛混凝土静动态弯拉力学特性比较研究;(5)采用先进的声发射技术研究湿筛混凝土的静动态损伤过程,并根据声发射参数特性分析混凝土的破坏机理。
主要结论为:
(1)试验获得了不同工况下湿筛混凝土静动态弯拉强度、弹性模量、泊松比、极限弯拉应变的变化规律。应变率在1×10<-6>s<-1>~1×10<-3>s<-1>范围内,湿筛混凝土的强度、弹性模量随着应变率的提高而提高,而弹性阶段泊松比基本在0.2左右。
(2)合适比例的初始静载对湿筛混凝土动态弯拉强度提高有利,当超过其上限(冲击波加载为80%初始静态极限荷载,三角波加载为40%初始静态极限荷载)后变为不利。
(3)同干态相比,湿态湿筛混凝土的静态弯拉强度增加9%,动态弯拉强度则基本相等。潮湿环境对湿筛混凝土抗拉有利。
(4)湿筛混凝土与全级配混凝土的静态弯拉强度比值为1.36,静态弹性模量比值为1.07,动态弯拉强度比值为1.63,动态弹性模量比值为1.11。
(5)长短龄期全级配混凝土的强度换算系数为1.26。通过该系数将长龄期全级配混凝土各种工况下的弯拉特性换算为相应短龄期值,并分析换算后同龄期全级配混凝土和湿筛混凝土的相关性。
(6)低应变率加载条件下湿筛混凝土静态弯拉声发射参数信号可以分为由弱到强较明显的三个阶段,分别对应材料微裂缝、界面砂浆裂缝、宏观裂缝三个阶段;而高应变率加载条件下则只有明显的后两个阶段;不同应变率下均出现强烈的粗骨料断裂声发射突变信号且以高应变率下居多。