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1、橡膠粉改性活性粉末混凝土沖擊壓縮性能研究StudyondynamicmechanicalpropertiesofReactivePowderConcretemodifiedbyrubberpowder工程領(lǐng)域：建筑與土木工程作者姓名：郭文健指導教師：朱涵教授企業(yè)導師：高翔高級工程師天津大學建筑工程學院二零一七年十二月摘要活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，RPC）作為一種超高性能混凝土，具有超高強度、高耐久性、體積穩(wěn)定性良好等優(yōu)點，在建筑結(jié)構(gòu)、核工程和抗爆結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在實
2、際工程應(yīng)用中，活性粉末混凝土不可避免的承受撞擊、地震、爆炸等動力荷載，此時混凝土表現(xiàn)出不同于準靜態(tài)加載時的力學特性，對活性粉末混凝土的抗沖擊性能提出了更高的要求。而目前關(guān)于活性粉末混凝土的研究多集中在制備技術(shù)、準靜態(tài)力學性能等方面的研究，對于沖擊荷載作用下的動態(tài)力學性能和沖擊韌性的研究相對較少，因此本文針對這方面進行了系統(tǒng)的研究。本文采用?38mm分離式霍普金森壓桿試驗裝置，對不同橡膠粉摻量（等體積替代法，0%、5%、10%和15%）的活性粉末混凝土進行了不同應(yīng)變率下的沖擊壓縮試驗，得到了橡膠粉改性RPC的沖擊破
3、壞形態(tài)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析了橡膠粉改性RPC峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變的應(yīng)變率效應(yīng)。研究結(jié)果表明，橡膠粉改性RPC是一種應(yīng)變率敏感材料，其中峰值應(yīng)力隨著應(yīng)變率的增大而增加，而隨著橡膠粉摻量的增加，材料的動力增長系數(shù)不斷增大；峰值應(yīng)變隨著應(yīng)變率的增大而增大，橡膠粉的摻入會增大試件的峰值應(yīng)變。引入比能量吸收指標評價材料的沖擊韌性，結(jié)果表明橡膠粉改性RPC的沖擊韌性隨著應(yīng)變率的增大而增強，最大增幅達25.6%，隨著橡膠粉摻量的增加而增強。根據(jù)應(yīng)變等價性假說建立材料動態(tài)損傷本構(gòu)模型，基于Weibull分布確定材料的損傷變量D。
4、該動態(tài)損傷模型參數(shù)簡單，使用方便，可以通過參數(shù)m值反映材料的韌性；將計算所得橡膠粉改性RPC動態(tài)損傷本構(gòu)模型與試驗曲線對比，兩者具有較好的一致性，驗證了該模型的有效性。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，建立橡膠粉改性RPC在沖擊荷載作用下的有限元模型，確定材料HJC本構(gòu)模型參數(shù)，獲得了試件在整個加載過程中應(yīng)力、應(yīng)變變化規(guī)律，再現(xiàn)了試件的沖擊破壞形態(tài)，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合度較高。RPC在抗沖擊、抗爆結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用是目前混凝土材料的前沿研究，本文系統(tǒng)的分析了橡膠粉改性RPC的動態(tài)力學性能，提升了材料的
5、抗沖擊性能和沖擊韌性，使RPC在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用更具優(yōu)勢。關(guān)鍵詞：分離式霍普金森壓桿，活性粉末混凝土，橡膠粉，應(yīng)變率，本構(gòu)模型，LS-DYNAIABSTRACTReactivepowderconcreteisakindofultra-highperformanceconcretewhichhasmanyadvantages,suchasgoodmechanicalproperties,remarkablevolumestabilityandexcellentdurability,andithasbeenwidel
6、yusedinthefieldsofconstruction,nuclearengineeringandanti-explosionstructure.Inpracticalapplication,ReactivePowderConcrete(RPC)isinevitablysubjectedtodynamicloadsuchasimpact,earthquakeandexplosion,andconcreteshowsdifferentmechanicalpropertiesatquasi-staticload
7、ing,whichposeshigherrequirementsontheimpactresistanceofRPC.Atpresent,theresearchesonRPCconcentrateonthepreparationtechnologyandquasi-staticmechanicalproperties,however,thestudiesofdynamicmechanicalpropertiesandimpacttoughnessunderimpactloadingarerelativelyabs
8、ent.Thispaperaimstoinitiatesystematicstudytoonthisaspect.Inthispaper,theimpactcompressiontestsofRPCwithdifferentrubberpowdercontent(equalvolumesubstitutionmethod,0%,5%,10%and15%)werecarri
