冲击荷载下废玻璃粉混凝土力学特性研究及分形评价
邱浩群。柯国军，谢艳军
(南华大学城市建设学院，湖南衡阳421001)
摘要：为了研究冲击荷载下废玻璃粉混凝土力学性能，采用落锤试验机装置，测定废玻璃粉掺量分别为0、5％、10％、30％的混
凝土梁在冲击荷载中的力学强度和变形性能。根据盒维数算法思想及数字图像存储原理，设计了基于Matlab计算功能的冲击荷
载下混凝土试件损伤裂缝分形维数的简易算法。结果表明：相同废玻璃粉掺量下，随落锤下落高度增加，加载时间均在0．40 ms
左有，加载速率、荷载峰值、混凝土梁竖向位移、对混凝土梁所做的功及裂缝分形维数值均逐渐增加，具有显著的应变率相关性；
相同高度随着废玻璃粉掺量增加，荷载峰值略有增加，而加载时长略有减少。
关键词：废玻璃粉混凝土；冲击荷载；力学特性；分形维数
中图分类号：TU528．041 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2016)02一O110—04
Research on the mechanical properties of waste glass concrete and fractal evaluation under impact loading
QIU Haoqun，KE Guojun，XIE Ya I／n
(School of Urban Construction，University of South China，Hengyang 421001，China)
Abstract：This paper studies on the mechanical properties of waste glass concrete under the impact load，using the drop test machine
mean s for measuring waste glass powder content of 0、5％ 、10％ 、30％ of concrete beams mechanical strength and deformation properties
under the impact load．According to box dimension algorithm thoughts and principles of digital image storage，simple algorithms de—
signed based on M atlab computing capabilities of concrete specimens damage crack fractal dimension of under the impact loads．The rc—
suits show ：the impact of waste glass powder content under the same load，with the hammer drop height increases，load time were about
O．40 ms，loading rate，peak load，vertical displacement of the concrete beams，has significant strain rate；power made for concrete beams
and crack fractal dimension values are increasing．
Key words：waste glass concrete；impact load；mechanical properties；fractal dimension
0 引言
据欧美一些发达国家统计，废玻璃量占城市垃圾总量
的4％～8％ ，中国城市固体废渣中有6％一11％为废玻
璃 ，随着中国经济建设的发展，废玻璃的量也在不断增
加，因此，废玻璃的循环利用显得特别重要。其中，将废玻
璃代替传统粗、细骨料配制混凝土是废玻璃再生利用的一
个有效途径。
近年来，国际上时有恐怖袭击事件及地震、海啸，泥石
流等自然灾害的报道，给社会和人们生命财产安全构成了
很大的威胁。混凝土是当今最重要、应用最为广泛的结构
材料，面对冲击、爆炸、撞击等非设计荷载的可能性正日益
受到关注，开展对混凝土材料在冲击荷载作用下的力学性
能及其本构特性 。的研究十分必要。冲击荷载作用下的
混凝土结构动态响应 十分复杂，材料、几何以及接触非
线性问题交织在一起，对于结构受力分析、结构抗冲击设
计都造成一定的困难。特别是由于爆炸、冲击、碰撞等非设
计荷载作用于结构，导致的连续性倒坍 问题，更是对广
大人民群众的生命财产安全造成极大的威胁。因此，本研
究在此背景下，采用中一高速率的重力落锤试验装置，进
行混凝土动力弯曲试验，研究其动力本构关系与应变率的
关系，观察不同速率的损伤断裂过程与破坏形态，以及在
抗连续倒坍背景下，考察不同废玻璃粉掺量下混凝土动力
率相关效应机理，具有一定的理论意义和现实意义。
分形几何学是20世纪70年代中期创立的 ，它将不
能定量描述或难以定量描述的非线性复杂对象用一种较
为简捷的定量方法表述出来，研究的主要方法是探讨研究
对象的分形维数与某个物理量之间的关系。该文根据冲击
荷载作用下混凝土梁损伤裂缝 在一定范围内具有自相
似性特征，设计了基于Matlab计算盒维数 的编程。损伤
破坏裂缝图形的分形维数与试件的尺寸和材料强度等因
素有关 ，其大小主要反映裂缝的曲折程度和裂缝分布
的疏密程度。文献[16]研究认为，混凝土表面裂缝的分形
维数可作为度量混凝土损伤程度的损伤特征因子，因此，
混凝土表面裂缝的二维图像 的图形盒维数的计算有
助于探索冲击荷载作用下混凝土损伤裂纹与其承受的动

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