《混凝土動力破損性能的細觀仿真與試驗驗證》是依託清華大學，由張楚漢擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：混凝土動力破損性能的細觀仿真與試驗驗證
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：張楚漢
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
混凝土在地震動與高速衝擊荷載作用下其強度本構關係與破壞性能顯示出明顯的與載入速率密切相關的特徵。隨載入速率的提高，其強度表現出顯著增長的率效應，這一現象對高壩等大型結構的動力安全穩定性評價具有重大影響。本項研究目標是探索混凝土動力率相關效應和不同荷載環境及初載歷史的影響機理。 基於混凝土細觀顆粒元仿真模型，考慮骨料、砂漿、交界面三相的強度非均勻性，考慮初始靜力載入等初載條件，以不同載入速率施加荷載，考察混凝土材料的動力損傷斷裂破壞全過程，並分析應變能-動能-摩阻耗能的全程變化，從而揭示混凝土動力率相關效應的內在機理。 在試驗驗證方面，在霍普金森桿衝擊劈拉試驗基礎上，採用中-高速率的重力落錘試驗裝置，進行混凝土動力彎曲試驗，研究其動力本構關係與應變率的關係，觀察不同速率的損傷斷裂過程與破壞形態。據此與細觀數值仿真成果進行全面對比，從而進一步解釋率相關效應的機理，並驗證與改進細觀模型。
結題摘要
本項研究基於混凝土細觀顆粒元仿真模型，考慮骨料、砂漿、交界面三相的強度非均勻性，考察混凝土材料的動力損傷斷裂破壞全過程，並分析應變能-動能-摩阻耗能的全程變化。基於細觀顆粒元建立落錘-結構全系統仿真模型，對衝擊試驗進行全過程模擬，研究了系統能量的轉化過程，並提出顆粒元能量模式與傳統斷裂能的轉換關係。基於顆粒元-有限差耦合方法，建立無粘結預應力混凝土梁衝擊試驗仿真模型，其中混凝土顆粒單元和鋼筋桿單元在錨固點互動作用，對混凝土損傷斷裂和鋼筋屈服的動力破壞過程進行模擬，並與試驗結果進行了比較研究。細觀數值仿真成果與混凝土動力試驗進行全面對比，從而進一步解釋率相關效應的機理，並驗證與改進細觀模型。 在試驗驗證方面，建立穩定可靠的混凝土落錘衝擊試驗測試系統，通過改變重錘質量、下落高度和錘頭材料完成了不同載入速率的衝擊試驗，對試驗中混凝土梁的承載力、動態位移、應變、斷裂過程、動量-衝量平衡關係、慣性力和斷裂能等動力特性進行了測量和分析。設計了無粘結預應力混凝土梁衝擊試驗，對鋼筋屈服-混凝土斷裂的非線性相互作用過程進行系統分析，證明預應力鋼筋限制了混凝土的變形和裂紋擴展，鋼筋的屈服程度決定了混凝土的裂紋擴展程度和多次衝擊的剩餘承載力。
