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高阻尼混凝土的研究是一新兴的课题。目前,由于缺乏测试大尺寸构件阻尼性能的试验装置和试验技术,高阻尼混凝土的研究主要还停留在水泥净浆或水泥砂浆的层面上。此外,混凝土阻尼参数无法测试或没有测试结果,混凝土结构阻尼模型的通过Rayleigh阻尼及其拓展形式间接表达、无法通过混凝土的材料阻尼直接表达。本文为了发展高阻尼混凝土与高阻尼结构,重点研究混凝土的材料阻尼测试方法与装置、纤维混凝土的阻尼增强效应以及混凝土材料、构件与结构阻尼的关系。主要研究内容如下:
首先,利用粘弹性材料常用的KV阻尼模型和复阻尼模型,建立了粘弹性材料两种阻尼模型的阻尼参数关系,即复阻尼模型材料损耗因子与KV阻尼模型材料粘滞系数之间的关系以及材料拉压粘滞系数与材料剪切粘滞系数之间的关系。
其次,采用有限元方法,直接从材料阻尼模型出发,推导了考虑剪切变形、轴向变形影响的杆单元阻尼矩阵,经扩充组装得到了结构阻尼矩阵,建立了材料粘滞系数与结构构件阻尼矩阵的关系,并给出了此结构阻尼矩阵为比例阻尼的判别准则。此外,还推导建立了多层剪切型框架结构弹性阶段的阻尼矩阵与材料粘滞系数的关系,分析计算了材料损耗因子或材料粘滞系数对结构阻尼比的影响。
第三,为发展大尺寸构件阻尼性能的试验装置和试验技术,自主设计和研制了三点弯曲梁式材料阻尼测试装置;推导建立了三点弯曲梁式材料阻尼参数与梁跨中简谐加载力与位移相位差的关系,使得材料阻尼参数测试转化为梁跨中简谐加载力与位移相位差的测试,从而建立起了三点弯曲梁式材料阻尼测试的理论基础。
最后,为全面了解纤维混凝土的性能,探索既能显著提高混凝土阻尼,又不降低混凝土强度和其它重要性能指标的有效掺合料,利用自主设计丌发的三点弯曲梁式材料阻尼测试装置,对纤维增强混凝土的阻尼性能进行了试验研究,并初步探讨了纤维增强混凝土阻尼的机理。试验研究表明:各种纤维和胶粉掺合料均能提高混凝土的损耗因子。