【摘 要】
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全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)作为一种新型轻骨料混凝土,广泛应用于岛礁工程建设中,系统分析其在不同工况下的力学性能对推动我国“海洋强国”战略的实施具有重要意义。目前,对于CASC在静载作用下的力学性能及常温下的抗冲击性能已展开了研究,而对于高温后CASC的抗冲击性能未见报道。本文在CASC静态力学性能研究的基础上,通过高温处理及霍普
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全珊瑚海水混凝土(Coral aggregate seawater concrete,CASC)作为一种新型轻骨料混凝土,广泛应用于岛礁工程建设中,系统分析其在不同工况下的力学性能对推动我国“海洋强国”战略的实施具有重要意义。目前,对于CASC在静载作用下的力学性能及常温下的抗冲击性能已展开了研究,而对于高温后CASC的抗冲击性能未见报道。本文在CASC静态力学性能研究的基础上,通过高温处理及霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置研究了高温后4种强度等级的CASC抗冲击压缩性能,并辅以数值模拟进行更加详细的分析。本文的主要研究工作和结论如下:(1)将CASC试件经过不同温度的高温处理后,研究了CASC试件高温后的表面特征、质量损失、超声波波速损失及高温损伤等变化规律。结果表明,随着过火温度的升高,CASC试件的表面由青灰色转为黄褐色、继而转为灰黄色、最后变成黄白色,表面裂纹也逐渐增多。在100℃时CASC质量损失很小,当过火温度超过300℃后CASC的质量损失逐渐增大。随着过火温度的升高,CASC的超声波波速先升高后持续下降。CASC的相对波速和损伤度均与过火温度呈对数关系,且损伤度随着温度的升高而增大。(2)通过高温前后CASC试件的静态力学性能试验,研究了高温后CASC的力学性能变化规律。结果表明,CASC的圆柱体抗压强度、轴心抗压强度及弹性模量随过火温度的变化具有相似的规律,均为随着温度的升高先稍有增大后大幅下降,峰值应变则随着温度的升高先稍有减小后持续增大;通过回归分析,建立了高温后CASC的圆柱体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和峰值割线模量等与过火温度的关系式。(3)通过系统的准静态试验,发现4种不同强度等级的CASC单轴受压应力-应变全曲线随过火温度的变化规律基本一致,100℃时应力-应变曲线形状基本与常温时相同,当过火温度超过300℃后,随着温度的升高,曲线上升段中弹性阶段缩短,峰值点明显下降和右移,曲线逐渐趋于扁平,表明CASC的变形和延性增加。CASC的高温损伤与表征损伤的方法有关,建立了高温后CASC的力学损伤与超声波所测损伤之间的关系方程。进一步研究发现,CASC在高温前后的单轴受压应力-应变关系能够采用相同的本构方程来描述,获得了不同温度下各强度等级CASC的应力应变本构方程参数规律。(4)通过高温前后CASC试件的SHPB试验,研究了高应变率下CASC的高温冲击压缩力学性能。结果表明,在CASC的高温动态试验中,存在应变率增强效应和高温软化效应耦合的演化规律,且两者对CASC动态抗压强度的影响是不断变化的。基于试验数据,建立了高温前后CASC的动态增强因子DIF与应变率和过火温度之间的双参数计算关系公式。(5)利用LS-DYNA有限元分析软件对常温下及高温作用后的CASC冲击压缩试验进行了数值模拟。利用本文试验结果及参考相关文献数据确定了适用于CASC80的HJC(Holmquist-Johnson-Cook)动态本构模型参数,且数值模拟结果与试验结果吻合度良好,表明该模拟方法能较好地反映试验结果,可用于CASC冲击压缩力学行为的理论分析。
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