珊瑚混凝土在复杂应力条件下的强度及本构关系研究

Coral concrete is made of coral sand and aggregate instead of natural river sand and natural aggregate, and made of seawater instead of fresh water respectively. The application of coral concrete is of great significance to the reef construction of the South China Sea. The strength and constitutive relation of coral concrete under complex stress are important basic theoretical problems and structural analysis foundation of coral concrete application. The damage evolution mechanism of the microscopic characteristics and cracks at the initial state of coral concrete under loading will be studied in this project. Through large static-dynamic true triaxial test system, three levels which are uniaxial, biaxial and triaxial will be analyzed, with various strength grades, the compressive strength, tensile strength ,shear strength, deformation, typical failure pattern, failure criterion and constitutive relations of coral concrete under different stress states will be studied. The effects and change rules of loading rate on the mechanical properties mentioned above will be studied. Through experimental and theoretical research, the influencing parameters of strength grades of coral concrete, aggregate interface damages, stress ratios and loading rates will be introduced to the multiaxial stress strength criterion and the stress-strain constitutive models of coral concrete, thus the failure criterion of compressive strength, tensile strength, shear strength and constitutive models under multiaxial stress will be established. Scientific basis and theoretical basis for the application of coral concrete will be proposed.

珊瑚混凝土是使用珊瑚砂和珊瑚骨料分别代替天然河砂和天然骨料、海水代替淡水制作而成的混凝土。珊瑚混凝土的推广应用，对南海岛礁建设具有重要意义。珊瑚混凝土在复杂应力下的强度及本构关系是珊瑚混凝土应用的重要基本理论问题和结构分析基础。项目研究珊瑚混凝土初始状态的微观特性、微观裂缝在受力过程中损伤演化机理。通过大型静动真三轴试验系统从单轴、二轴、三轴三个层面，研究珊瑚混凝土不同强度等级在不同应力比条件下抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、变形规律、典型破坏形态、破坏准则及本构关系。研究加载速率对上述力学性能的影响及变化规律。通过实验及理论研究，在珊瑚混凝土多轴应力强度准则及应力-应变本构模型中引入反映珊瑚混凝土强度等级、骨料界面损伤、应力比、加载速率的影响参数，建立珊瑚混凝土在多轴应力下抗压、抗拉、抗剪强度破坏准则、本构模型。为珊瑚混凝土的应用提供科学试验依据和理论基础。

珊瑚混凝土是一种新型的建筑材料，珊瑚混凝土的应用可以为岛礁工程节省建设成本、提高施工效率，具有良好的经济效益，珊瑚混凝土应用研究成为近年土木工程领域学者的研究热点。珊瑚混凝土在复杂应力下的强度及本构关系是珊瑚混凝土应用的重要基本理论问题和结构分析基础。. 根据珊瑚骨料疏松多孔的微观特性，利用SEM扫描电镜对骨料内部的微观结构进行了观测，分析了骨料微观特性对混凝土强度及变形的影响，结合破坏形态，分析了珊瑚混凝土的破坏机理。根据单轴应力下的抗压、抗拉试验研究，得到了珊瑚混凝土单轴强度、变形、弹性模量及应力-应变曲线等力学性能指标，提出了珊瑚混凝土强度的计算公式和损伤本构模型。根据二轴应力下的试验研究，分析了不同强度等级及不同加载应力比对破坏形态，强度和变形的影响规律，建立了以强度等级及应力比为参数的主应力空间破坏准则表达式。根据珊瑚混凝土二轴压下的应力-应变关系曲线，提出了二轴压损伤本构模型。根据三轴应力下的试验研究，得到了三轴压下珊瑚混凝土试件的破坏形态。根据珊瑚混凝土试件在三轴压应力下的应力-应变曲线和三轴压强度数据，给出了八面体应力空间的强度表达式，提出了相适应的四参数破坏准则和珊瑚混凝土三轴压本构模型。根据加载速率对珊瑚混凝土多轴力学性能的影响规律，建立了相应的破坏准则和本构关系。项目研究碳纤维珊瑚混凝土在多种应力状态下不同碳纤维掺量及不同加载应力比对破坏形态、强度及变形影响规律，建立了以碳纤维掺量和应力比为参数的多轴强度准则及本构关系。项目还开展了珊瑚混凝土在三向约束条件下的局部受压性能研究，基于试验数据，建立钢管、铝合金管、CFRP布约束珊瑚混凝土试件承载力计算公式和应力-应变曲线关系模型；建立轴心和偏心局部受压珊瑚混凝土承压强度计算公式。. 本项目研究成果为珊瑚混凝土在工程结构中的应用提供了试验基础，为珊瑚混凝土结构设计提供了强度破坏准则和本构分析模型。