废弃玻璃混凝土板抗冲击性能数值模拟研究

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混凝土是当今最重要、应用最为广泛的结构材料,在其使用期间,除了受到恒荷载、活荷载的作用外,还可能遇到碰撞、冲击等偶然荷载的作用。当冲击能量较大时,结构破坏性越大,损失越严重。废弃玻璃排放量巨大,来源又非常分散,不利于回收废弃物玻璃及循环利用。用废弃玻璃将传统的混凝中粗细骨料进行代替,无论从改善生态环境,保护天然材料,节能减排,节约成本,甚至提高混凝土强度上都不失为一个回收再利用的有效途径。因而,开展对废弃玻璃混凝土材料动力学性能及其本构关系的研究十分必要。本文主要研究废弃玻璃混凝土的抗冲击性能。本论文利用通用有限元软件ABAQUS,依据ACI544委员会推荐的冲击模型,建立了冲击球冲击废弃玻璃混凝土板的模型。将素混凝土板抗冲击的数值模拟结果与已有的试验研究结果作对比,验证模型的正确性。在冲击荷载作用下,通过改变参数,参数包括废弃玻璃取代率、冲击球冲击高度,分析玻璃混凝土板的抗冲击性能。单一参数不同时,通过对比玻璃混凝土板的应力应变曲线、位移时间曲线、应力时程曲线等来分析玻璃取代率、冲击速度对玻璃混凝土抗冲击性能影响。通过对比应力应变云图,分析玻璃混凝土板在冲击荷载作用下的破坏形态以及应力应变分布情况。研究结果表明废弃玻璃混凝土应力应变曲线与普通混凝土类似,同样具有弹性阶段、裂缝稳定发展阶段、裂缝失稳扩展阶段和破坏阶段;相同质量不同高度冲击情况下的模拟,随下落高度增加,峰值应力增加,竖向位移增加,加载时长相近,玻璃混凝土板的裂缝数量增加,但分布更均匀。废玻璃混凝土与普通混凝土一样存在强度应变率相关性,废玻璃的不同掺量对其动力强度增加有一定正面影响,但影响不大,可以认为废玻璃混凝土与普通混凝土板动力增强系数相当。应变率较低时,应力应变曲线具有弹性加强段,应变率较高时,出现峰值强度和残余强度,高应变率有使混凝土脆性增加趋势。应力应变曲线在下降段出现了明显的振荡效应,应变率越高,振荡越明显。
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