應變率下混凝土單軸受壓本構關系試驗研究

徐傳枝 王旭光 馬 卉

0 引言

混凝土是一種應用極其廣泛的建筑材料。目前對混凝土材料的性能研究大多數集中在靜態性能上。但是一些混凝土結構在其服役期內可能遭受爆炸或沖擊等偶然荷載的作用，這些構筑物包括核電站外殼、化工廠的控制室、地下防護結構以及橋梁的橋墩和護欄等。由于混凝土材料具有較好的抗爆抗沖擊性能，通常采用混凝土結構建造這些構筑物，因此混凝土動態特性的研究就受到很多工程領域的廣泛重視。

雖然近年來國內外關于大壩的抗震研究已經取得了比較大的進展，但是當前的大壩抗震技術還難以可靠地估計大壩在強震時的特性及其震害。混凝土作為大壩的重要組成材料，其動態性能的研究成為當前一個重要的任務。所以在對混凝土的動態力學的性能理論和試驗研究，合理的設計對建筑結構的意義尤為重要。

1 試驗概況

試件模型尺寸、數量、試驗儀器和加載速率。在試驗所需的試件制配過程中，在每個等級下制作了100 mm×100 mm×100 mm的伴隨試塊90塊，分別測試其28 d，60 d，90 d，180 d和試驗當天混凝土強度，以便更好的估測試件的強度。在試驗儀器的選擇方面，對于伴隨試塊的強度要求，壓力試驗機選擇的是北京海智科技中心的電液式壓力試驗機YAW-3000，最大試驗壓力為0 kN～3000 kN，測量范圍為20%，50%和80%，試驗壓力精確度為±1%。試驗設備的加載范圍、試驗壓力的精確度能夠很好的滿足試驗要求。

考慮到試件在壓力試驗機上試驗能夠采集到下降段，因此選擇試件的尺寸為70 mm×70 mm×210 mm棱柱體，各等級的混凝土棱柱數量如表1所示。

表1 各級試件數量

2 試驗結果

2.1 試件的破壞形態

混凝土在動態荷載作用下，其試件的破壞形式主要有縱向劈裂破壞和斜截面剪切破壞，經過不同速率下的混凝土單軸受壓試驗的過程發現，不同混凝土強度試件的破壞過程大致相同，而且隨著應變率的增加，粗骨料被壓壞的情況越來越多。并且在觀察試件裂縫的時候發現，隨著應變速率的增大，混凝土裂縫的破壞裂縫比較接近一條直線。

2.2 試驗數據

在加載速率的測試中，共有4個不同的加載速率，每個速率下需要5個試件進行試驗，最后取得試驗數據離散性較小的3個作為試驗的基礎數據。下面就將C45等級的試驗的主要數據列于表2。

表2 試驗中的主要數據

2.3 數據處理

該試驗數據處理過程中 C40，C45，C50，C55，C60的混凝土棱柱的極限強度值用試件在10－5m/s速率加載下的值。對比值都是用不同的加載速率與10－5m/s速率加載下的值對比得出的。此計算中的C40，C45，C50，C55，C60在不同速率下的強度值都取了3次離散性較小的平均值。表3～表5分別顯示了抗壓強度、峰值應變與彈性模量提高百分比。

表3 抗壓強度提高百分比 %

3 結語

1)在觀察試件裂縫的時候發現，隨著應變速率的增大，混凝土裂縫的破壞裂縫比較接近一條直線，這與擬靜止下加載破壞的裂縫情況很相似，說明變速率加載對裂縫走向沒有影響。

表4 峰值應變提高百分比 %

表5 彈性模量提高百分比 %

2)通過試驗與數據處理可知，在變速率加載下混凝土的抗壓強度確實會提高，而且會隨著速率的加快提高的值也會變多，混凝土標號等級越高越明顯。

3)變速率加載下，混凝土的軸心受壓峰值應變有的會提高，有的會降低，說明這樣的加載方式對于峰值應變沒有確定的想象方向。

4)隨著應變速率的增加，五種混凝土的軸心受壓彈性模量也呈現出增長趨勢，但是相同的加載速率下，彈性模量不會因為混凝土標號的提高而提高。

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