既有混凝土应力-应变曲线方程的研究.pdf

孟丽岩等 ： 既有混 凝土应 力 一 应变 曲线方程的研究 4 7 既有 混凝土应 力 一应变 曲线方程 的研 究 孟丽岩 ， 王凤来 ， 王涛 ( 1 黑龙江科技学院建筑工程学院 哈尔滨1 5 0 0 2 7； 2 哈尔滨工业大学土木 工程学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 9 0) 【 摘要】 根据对已使用了 1 O 、 2 0 、 4 O年的既有混凝土圆柱体试件进行单轴抗压试验 ， 测得 1 7条应力 一应变 全过程曲线， 并与相同强度的新混凝土应力 一 应变曲线对比回归出了不同使用年限既有混凝土的应力 一应变全 曲线方程。试验结果为既有混凝土结构进行非线性分析， 预估其使用寿命和对其进行加固改造提供了理论依据。 【 关键词】 既有混凝土； 应力 一应变曲线； 使用年限 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 4 7 0 3 EXPERD， I NTAL STUDY oN STRES S S TRAl N CURVES oF THE EXI sTI NG CoNCRETE MENG Li y a n ，WANG F e n g l a i ， W ANG Ta o ( 1 A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g S c h o o l ，H e i l o n g j i a n g I n s ti t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Ha r b i n 1 5 0 02 7，Ch i n a； 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i ne e rin g，Ha r b i n I ns t i t u t e o f T e c h n o l o gy， Ha r b i n 1 5 0 0 9 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T he e q ua t i o n o f c o n c r e t e c o mp r e s s i v e s t r e s s - s t r a i n c u r v e s i S i t s mo s t b a s i c c o n s t i t u t i v e r e - l a t i o nw h i c h i S t h e b a s i s f o r mu h i a x i a l c o n s t i t u ti v e mo d e 1 T h i s p a p e r d e s c rib e s a s e rie s o f t e s t s c a r r i e d o u t o n the u n i a x i a l c o mp r e s s i o n o f e x i s ti ng c o nc r e t e t ha t ha d be e n i n s e r v i c e f o r 1 0，2 0 a n d 4 0 y e a r s ，r e s p e c t i v e l y ，a n d 1 7 c o mp l e t e s t r e s s s t r a i n c u rve s i n t o t a l w e r e o b t a i n e d Co mp ri s e d w i t h s t r e s s s tr a i n c u rve s o f the f r e s h c o n c r e t e，c o mp l e t e s tre s s s tra i n c u r v e s o f the e x i s tin g c o n c r e t e wi th di ffe r e n t ser v i c e l i v e s we r e g a i ne dTe s t r e s u l c a n o ffe r a the o r e t i c a l f o un d a t i o n a b o ut n o n l i n e a r a n a l y s i s ，e s t i ma t e o f i t s s e r v i c e l i f e a nd r e c o n s t r u c t i o n a n d r e i n f o r c e me n t for e x i s tin g c o n c r e t e s t r u c t u r e s Ke y wo r d s： e x i s t i n g c o n c r e t e；s tre s s s t r a i n c u rve；s e r v i c e l i f e 近些年 ， 随着经济的快速发展， 建筑业也迅速发展 起来 ， 由于混凝土价格低廉， 抗压能力较强并具有较好 的耐久性能 ， 使得混凝土结构得到广泛 的应用 。但是 ， 由于地理环境、 自然灾害、 年久失修以及各种人为因素 的影响 ， 大量建筑物在 耐久性方 面都面临 着严 峻的考 验 。因此 ， 研究既有混凝 土的基本 性能对 预估建 筑物 的使用寿命、 保护人民的生命财产具有重大意义。本 文通过对不 同使用 年 限工 程 中取得 的混 凝 土 圆柱 体 试件进行单轴抗压试验测其应力 应变全曲线， 回归出 不 同使用年限 既有混凝 土 的应 力 应变 曲线 方程 的表 达式， 以便对既有钢筋混凝土构件进行分析和验算。 1 试验结果 试验采用在普通 5 0 0 0 k N液压 试验机上 附加 刚性 元件的方法测出了使用年限分别为 1 0 、 2 0和4 0年的 既有混凝土的 l 7条应力 一 应变全曲线， 如图 1 所示 。 从上述不同使用年限的混凝土应力 一应变全 曲 线可 以看出 ， 使用年 限越 长的混凝 土其 直线 段 占上 升 段的 比例越大 ， 峰值应力处的曲线斜率越大 ， 下 降段越 y：f 二二二_(_三 + 口 一 2 三 c。 ， 【 ( 一 1 ) + 基金项 目】 黑龙江科技学院引进 高层次人才科研启动基金项 目( 0 4 2 0 ) 资助 ； 黑龙 江省教 育厅科 学项 目( 1 1 5 3 1 3 2 9 ) 低温建筑技术 2 0 1 0 年第6 期( 总第 1 4 4 期) 置 巨 主 - R 叵 O 4 0 0 0 8 0 0 0 1 2 0 o O 纵向应变， 8 E g 2 5 -R 1 5 5 O g 昌 R 遥 目 日 专 匠 o 4 0 0 0 8 o o o 1 2 0 0 0 0 2 0 0 0 4 0 O 0 6 0 0 0 8 0 0 0 1 0 0 0 0 纵向应变， e 纵向应变， “8 图1 不 同使用年限既有混凝土的应力一 应变全 曲线 由公式( 1 ) 中参数o 、 的物理意义可知： a值小和 值大， 则曲线陡， 曲线下的面积小， 表明此混凝土的 塑性变形小 ， 残余强度低， 破坏过程急速， 材质较脆 ， 接 近于使用年限长的混凝土； 反之， a值大和 值小， 则 混凝土变形大， 残余强度较高 ， 破坏缓慢延性较好， 适 用于使用年限短的混凝土。本着这样原则 ， 将式 ( 1 ) 的混凝 土应力 一 应 变 曲线上 升段、 下 降段与试 验所测 的不同使用年限的既有混凝土的应力 一应变全 曲线 上升段、 下降段分别相比较， 选取一个吻合程度最好的 值 ， 具 体数值 见表 l 。 表 1 不同使用年限的参数 o 、 值 根据 口 、 值与使 用年 限 t 的关 系 ， 对 其进行 非线 性拟合 ， 可 由下列公式确定 ： 口： 0 9 3+1 6 e 一 ( 2 ) d= ( 3 ) 1 0 7+0 7 5e 【 _ ” ) a 图2 参数n 与使用年限的关系 图2 、 图3表示参数 a 、 试验值和理论计算值的 比较， 吻合程度较好。 这样 ， 将 a 值和 值直接代人式( 1 ) ， 就可以得到 不同使用年限既有未碳化混凝土的应力 一应变曲线 方程 ， 如式( 4 ) 所示 ： r a x +( 3 2 a ) +( a一 2 ) X 0 1 y _ 1( 4 ) 【 ( 1 ) + 口：0 9 3+1 6e ( 一 ) l 0 ： = _ 1 0 7+0 7 5 e 卜 J 式 中， t 为混凝 土的使用年限。 同强度养护 2 8 d的新混凝土和既有混凝土的试验 平均应力 一应变曲线与按式( 4 ) 计算的理论曲线 的比 较如图4所示， 试验曲线与理论曲线吻合得较好。 3结语 在普通 液压试验机 上附加刚 性元件 ， 成 功测 出了 不同使用年限的混凝土圆柱体试件应力 一应变全曲 线， 并用最小二乘法作 回归分析给出了不同使用年限 既有混凝 土的应 力应变 曲线方程 ， 该方程 的得 出对 既 有钢筋混凝土构件进行非线性 分析 ， 进而 为既有结 构 的延续使用和进行加固改造有一定的指导意义。 图3 参数 n与使用年限的关系 一 一 、 q 一0 一“ I一 一 住 I 一 目 一 、 一 一O 辟 一 吏 一 t 一 孟丽岩等 ： 既有混凝土应力 一应变 曲线方程 的研究 4 9 一1 0 b - g 0 8 长O 6 餐o 4 嚣 o 2 0 0 O 1 2 3 4 5 纵向相对应变 (e s 。 ) 1 0 b - g 0 8 06 o 墨0 2 O O 1 0 b 0 8 - R 0 6 餐o 4 器o 2 0 0 一 l _0 08 b 一06 04 靛 02 厅 0 l 2 3 4 纵 向相对应变 (e 。 ) 参考文献 1 C h u n g H e o n S o o ， Y a n g K e u n - H y e o k ， L e e Y o u n g H o ， E u n H e e - C h a n g S t r e s s s t r a i n c u r v e o f l a t e r a l l y c o n fi n e d c o n c r e t e J E n g i n e e r i n g S t r u c t u res ， 2 0 0 3 ， 2 4 ( 9 ) ： 1 1 5 31 1 6 3 2 S e o n g T a e Y i ， J i n K e u n K i m， T a e - K e u n O h E ff e c t o f S t r e n g t h a n d A g e o n t h e S t r e s s S t r a i n C u rv e s o f C o n c re t e S p e c i m e n s J C e me n t a n d C o n c r e t e R ese a r c h。 2 0 0 3， 3 3 ( 8 ) ： 1 2 3 51 2 4 4 ( 上接第 4 2页) A 2 5 ( $ 2 5 ) 相连的杆件作为对象， 对两种模型所计算得 到的最大组合应力进行对 比， 见 图 1 。 ( a )刚接模型 ( b)本文模型 图 1 A 2 5节点杆件组合应力比较图 P a 由 A 2 5节点弯矩、 轴力和组合应力图可看 出， 对 于主要承受恒载和活载作用的刚性悬索加劲钢桁梁 桥， 其受的弯矩和轴力都很大， 用普通节点铰接模型计 算明显不合理。本文方法和刚接模型计算所得最大应 力最大相差 1 0 左右， 但主桁弦杆的应力较为接近。 3结语 节点刚度对于结构的整体位移不可忽略， 铰接 模型在恒活载作用下的挠度比刚接模型和半刚接模 型要大 1 0 一 1 5 左右。对于以受弯为主的构件， 1 9 9 8， 2 8 ( 9 ) ： 4 1 4 8 4 过镇海 混凝土的强度和变形试验基础和本构关系 M 北 京 ： 清华大学出版社 ，1 9 9 7： 1 5 71 6 0 【 收稿日期】 2 0 1 0- 0 1 2 1 作者简介 】 孟丽岩 ( 1 9 7 7一) ， 女 ， 辽宁锦州人 ， 讲师 ， 硕士 ， 研 究方向 ： 混凝土耐久性 、 结构抗震 。 应充分考 虑到其节点 刚度对应力 的影响 ， 杆 端应 力应 考虑节点刚性的影响， 这样计算结果更为接近实际。 节点刚度对于杆端应力的影响不可忽视， 如果节点 刚度较大， 可近似视为刚接， 由弯矩引起的附加应力可 占到杆件总应力的 3 0 左右。在设计时为计算简 便 ， 可以以刚接模型的最大应力作为设计控制应力 ， 但 更为精确的计算应考虑整体节点连接刚度的影响。 参考文献 1 谭明鹤 刚性 悬索加劲钢桁梁桥空间及整体节点受 力分析与 残余应力研究 D 广州： 华南理工大学， 2 0 0 8 2 谭 明鹤 ， 王荣辉 ， 黄永辉 ， 等 刚性悬索 加劲钢桁梁桥 特殊节 点模型试验 J 中国公路学报， 2 0 0 8 ， 1 ( 1 ) ： 4 7 5 2 3 T B I O 0 0 2 2 2 0 0 5 ， 铁路桥梁钢结构设计规范 s 4 党志杰， 文武松 大跨度钢桥理论和试验研究 J 钢结构， 1 9 9 9 ， 1 4 ( 3 )： 1 61 9 5 潘际炎 栓焊钢桥 的研究 M 北京：中国铁道出版社， 1 9 8 3 收稿 日期 】 2 0 1 00 40 1 作者简介 】 邹锦华( 1 9 7 5一) ， 男， 江西瑞金人 ， 博 士， 研究方 向 ： 新型桥梁结构与高架轻轨结构 。