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工程硕士论文开题报告
高阻尼混凝土的研究及其在防震减灾中的应用
Research and Application of High Damping Concrete in Disaster Prevention and Mitigation Engineering
张文
专业领域: 建筑与土木工程
研究方向:
校内导师:
校外导师:
扬州大学建筑科学与工程学院
2007年4月
高阻尼混凝土的研究及其在防震减灾中的应用
研究意义及国内外研究现状
1 本课题的研究意义
近二十年来,为使土木工程结构能够抵御强烈地震、风振以及其它外部激励而引起的结构破坏,各国学者进行了大量的研究,并在结构抗震、隔震、耗能、控制等领域取得了长足的进展。近年来,随着国际恐怖活动的加剧,尤其是美国“”事件以后,有效提高结构物抗冲击能力的问题更是变得十分迫切。由于地震、风振、爆炸冲击等外部激励均属于随机广谱外激励,因此,现有的以改变结构自振周期的抗震、减震手段对于这些广谱外激励的有效性受到制约。显然,结构的高阻尼化是未来结构抵御地震、爆炸等外部冲击的必由之路[1]。
混凝土材料在土木工程相关学科中是一个历史悠久的传统领域,但近年来它的研究内容正在发生重大的转变。新型高性能阻尼材料的研究是当前功能材料领域的一个热点课题[2,3],但其材料阻尼与材料强度的矛盾一直未能得到很好的解决。与此同时,普通混凝土的阻尼值一直偏低,严重制约着混凝土构筑物的动力学性能。高阻尼混凝土对建筑物的防震减灾,以及降低城市噪声污染和桥梁风振危害等方面有重要意义。另外,随着我国高新技术的发展,在航天航空、核技术工程和高精度机床设备安装等方面也需要有良好减振性能的混凝土基础和构件。因此,揭示混凝土材料能量耗散特性产生的内在机制,建立材料阻尼与结构阻尼之间的内在关系,根据工程实际需要,设计阻尼性能、强度和刚度相统一的高阻尼混凝土,以上诸多方面的研究工作,从理论和实践两方面都有重大的现实意义。
2 本课题国内外研究现状
混凝土是建筑结构中最常用的材料,强度较高,但阻尼系数较小,结构消耗能量是以混凝土发生塑性变形丧失部分结构功能为代价的。目前,世界各国学者对聚合物混凝土的研究十分关注[4-7]。我国在上个世纪80年代也开始了聚合物混凝土阻尼材料的研究[8]。
直至目前,各国学者对普通混凝土阻尼比的研究较少,有关聚合物对混凝土的阻尼性能影响的研究也并不成熟,到目前为止这是尚未探明而需要深入研究的课题,不少学者对这个问题也做了很多的试验和理论研究。
尚世英等在文献[9]中采用实验的方法,对不同混凝土强度等级的钢筋混凝土小型悬臂梁的阻尼比进行了测定,实验表明,钢筋混凝土试件材料的阻尼值与应力水平有关,应力增加,阻尼变大,而混凝土强度对阻尼比影响不大。
郭文武等在文献[10]中分析总结了混凝土拌合物振动密实时阻尼的产生机理,阻尼主要来自三个方面:摩擦阻尼、流体的粘滞阻尼、压缩空气的阻尼。其中摩擦阻尼包括混凝土拌合物中颗粒的振动和下沉运动使颗粒间摩擦力做功构成摩擦耗能,以及在上述运动中颗粒和水泥浆体之间的摩擦力做功构成摩擦耗能;水泥浆体的阻尼又包括粘滞损耗和涡流损耗两部分。
石建军等[11]对不同柱纵筋和箍筋配筋率的钢筋混凝土材料阻尼值进行了试验研究,实验采用自由振动衰减法。结果认为,纵筋配筋率的增加使试件抗弯刚度增大,导致阻尼比有所降低;而配箍率的变化对试件阻尼比的影响不大,这是由于配箍后主要是增加了截面的剪切刚度。
李祝龙等在文献[12]中分析了聚合物乳液改性砂浆的阻尼机理,聚合物是一种具有长链状的高分子物质,其颗粒分散在水泥胶凝材料的连续相内,在砂浆中形成空间三维连续网状结构,穿梭在硬化浆体中的缺陷与微裂缝之间,形成富有弹性的“铰”结构,既分散了砂浆的应力集中,又增加了变形耗能能力,可克服缺陷或减缓微裂缝在脆性砂浆中的扩散。
胡佳山等在文献[13]中提到了采用自行设计组装的测试系统,研究集料级配、橡胶和界面处理对环氧树脂混凝土(EPC)减振阻尼性能的影响。结果认为,在环氧树脂混凝土中,采用间断级配,可以明显提高材料的动弹模量和抗折强度;掺入橡胶,同时选用偶联剂可以提高材料的阻尼;在集料和树脂间引入具有良好粘结的弹性界面层,可以获得阻尼与动弹模量均较好的环氧树脂混凝土。
柯国军等[14]对羧基丁苯胶水泥混凝土阻尼值进行了探索性研究,分析了不同的丁苯掺量对混凝土阻尼值的影响,试图获得一种有较高阻尼,同时又有较高弹性模量和抗压强度的混凝土。试验结果认为,丁苯掺量控制在一定的范围内可以获得综合指标较好的混凝土,即混凝土的阻尼比、弹性模量和轴心抗压强度等都能令人满意。同时,对丁苯胶乳提高混凝土阻尼值的机理分析认