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摘要
超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)是一种具有超高强度、超高韧性、超高抗力和优异耐久性的新型水泥基复合材料。自从加拿大建成第一座超高性能混凝土步行桥之后,超高性能混凝土被广泛应用于桥梁工程中。随着我国大型基础设施领域的拓展和建设水平的提高,超高性能混凝土在超高层建筑、大跨桥梁、海上石油平台、核反应堆安全壳和军事防护工程的应用也越来越广泛。服役于桥梁工程、核电工程和军事工程的UHPC除了承受常规的荷载外,还常遭受撞击、振动、冲击、爆炸和弹体侵彻等动态冲击荷载。目前的研究表明,UHPC材料在动态冲击荷载作用下表现出与在常规静态和准静态作用下显著不同的效应。超高性能混凝土的动力学研究需解决两大难题:(1)高应变率试验条件与装置——动态力学性能的研究与应变率相关,应变率越高,所需要的试验条件越苛刻;(2)动态冲击本构模型——对于实施难度大或经费要求高的试验,数值模拟是非常有益的辅助手段,但强荷载冲击混凝土材料的过程非常剧烈,要考虑的耦合因素也很多,因此准确选用模型成了数值模拟的一大难题。近几年,为了满足UHPC动力学性能试验的要求,研究人员在传统动力学试验设备的基础上发展了适用应变率范围更广,加载方式更全面的新型动力学试验设备。此类新型设备不仅为UHPC的动力学试验提供了更广泛的试验范围,更保证了动力学试验的准确性。在理论研究方面,研究者通过大型试验得到了UHPC的动态本构模型,并结合LS-DYNA软件对冲击、爆炸过程进行了数值模拟。这些数学模型将保证动力学仿真模拟的准确性,具有极大的参考价值。本文从研究动态性能试验设备和UHPC材料动态力学性能两个方面展开综述,动态性能试验设备主要包括液压机、落锤、霍普金森杆、侵彻系统、爆炸系统和其他试验系统六个方面,详细介绍了试验原理和设备的组成,并分析归纳了上述设备在UHPC动力学性能试验中的应用; UHPC动态力学性能包括冲击压缩、冲击拉伸、层裂、侵彻和爆炸五个方面,全面介绍了原材料、配合比、应变率等因素对各性能的影响及动力学性能的变化规律,以期为后期的UHPC动力学性能试验方法及试验结果分析提供参考思路。
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单位江苏省建筑科学研究院有限公司; 南京林业大学; 土木工程学院
