荷载历史后高强混凝土动态抗压试验.pdf

4 低温建筑技术 2 0 1 3年第 4期 ( 总第 1 7 8期 ) 荷载历史 l=：： 古 口r a j 强混凝土动态抗压试验 阮神萌 ， 于宁宁 ， 李进军 ， 刘俊飞 ( 1 ．天津大学建筑设计研究院 ． 天津3 0 0 0 7 3； 2 ．河北工业大学 土木工程学院。 天津3 0 0 4 0 1 ) 【 摘要】 应用 M T S 试验机， 在应变速率为 1 O ／ s ～1 O - 2 ／ s ， 对经历 5 0 ％极限抗压强度荷载历史的 C 6 0 混 凝土试件进行的单轴动态抗压试验 ， 研究荷载历史对高强混凝土动态抗压特性的影响。试验结果表明混凝土的 动态抗压特性发生变化 ， 动态抗压强度和弹性模量随应变速率的增大而增大， 峰值应变则减小； 与直接加载 比较， 荷载历史后的混凝土极限抗压强度随应变速率的增幅较大， 平均极限抗压强度和弹性模量降低， 峰值应变无明显 变化 。 【 关键词】 荷载历史； 应变速率； 混凝土； 抗压特性； 试验研究 【 中图分类号】 T U 5 2 8 ． 3 1 ； T U 5 0 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4— 0 0 0 4 — 0 2 自A b r a m s _ 1 于 1 9 1 7年进行了不同应变速率的混凝土 压缩试验 ， 发现混凝土的抗压强度对应变速率存在敏感性 以后 ， 关于应 变速率下 的混凝 土动 态抗 压特性 的研 究就 没 有间断， 并取得了丰富的研究成果。肖诗云等 人通过 M T S试验机对尺寸为 1 0 0 m m的混凝土立方体试件进行了应 变速率为 1 O ／ s —l O ／ s 的动态抗压试验 ， 得出了： 平均抗 压强度、 初始弹性模量随着应变率的增大而增加 ， 泊松比随 着应变率的增大没有明显改变的结论。其他学者 在试 验研究基础上也得出了混凝土动态抗压强度随应变率的增 大而增加的结论， 这一结论也达成了共识。 上述都是未经历荷载历史的混凝土动态实验研究 ， 实 际中的混凝土结构则多经历一定荷载历史再承受动态荷载 作用的。混凝土是多成分组成的脆性复合材料， 内部初始 缺陷在荷载作用下发生发展和扩大 ， 而这种缺陷的发生和 发展不可恢复， 因此经历荷载历史后混凝土的强度、 变形等 特性都会发生改变 。为了研究荷载历史对混凝土动态抗 压特性的影响， 对不同强度等级的混凝土进行研究是很有 必要 的。本试验将研究应变率为 1 O ／ s～1 0 ／ s ， 经历 5 0 ％极限抗压强度荷载历史的高强混凝土( C 6 0 ) 动态抗压 特性， 来进一步了解混凝土在经历荷载历史后的动态抗压 性能 。 1 试验 1 ． 1 试 验设 备及 方法 试验采用 Ma S( 液压伺服试验机) 进行试件加载， 该系 统的最大加载能力为6 5 0 k N， 对试件施加的应变速率可以通 过设定运行时间、位移来控制。为了保证试验对加载设备 刚度的要求， 对加载设备进行了适当的改进 ， 在加载机具上 设置了一辅助钢架和四个蝶形弹簧。数据采集设备为美国 I o t e c h公司的 S t r a i n b o o k ／ 6 1 6 。为测量试件应变， 在试件于加 载方向平行和垂直的两个对面中心分别贴 5 m m1 0 0 mm和 5 m m 3 0 mm的应变片， 并交叉布置。在试件安放后， 在试 件的对角处两点分别安装一个 电感式传感器( L V D T ) 。试 验应变速率为 l O ／ s 、 1 0 。／ s 、 1 O ／ s 、 1 0 ／ s ， 取 l 0。／ s为 准静态应变速率。加载方案： 首先在待测应变速率下直接 加载测得混凝土的极限抗压强度_厂 ， 然后以同样的应变速率 加载到5 0 ％f 强度后卸载至0 ， 并将该试件再以同样的应变 速率重新加载破坏。这样就可测得直接加载和经历荷载历 史后的混凝土动态抗压强度。 1 ． 2 试件制作 混凝土试验试件为 7 0 mm 7 0 m m2 0 0 m m的棱柱体， 强度等级为 C 6 0， 混凝土配合比为 m水： m水 泥．- m 砂： m石： m减 水 剂 =1 ： 2 ． 8 2 ： 4 ． 1 9 ： 7 ． 2 4 ： 0 ． 048 。水泥为奎山牌 P ． 0 5 2 ． 5普通 硅酸盐水泥； 骨料为连续级配的碎石， 最小粒径为 5 ra m， 最 大粒径为 2 0 ra m； 砂子为天然河砂； 添加剂为高性能聚羧酸 减水剂， 自来水拌合 ， 标养 2 8 d后 自然养护直至试验开始。 为保证试验成功率和试验数据的准确性， 每组准备试件数 量将不低于3个。 2 试验结果与分析 2 ． 1 荷载历史对混凝土动态抗压强度的影响 表 1 直接加载 5 0 ％后混凝土动态抗压强度 M P a 因为混凝土动态加载试验较静态时复杂， 为了获得理 想的试验数据并保证试验的成功， 本次试验每组准备4个试 件， 并对其中的3个进行加压试验， 另外一个备用 ， 以求获得 3个有效的试验数据。经过对试验数据的统计分析， 得到不 同应变速率下， 直接加载和加载一次 5 0 ％f 初始荷载历史后 的C 6 0混凝土动态抗压强度结果如表 1 所示。 从表 1中的动态强度压缩试验结果可 以看 出 ， 经历一次 荷载历史和应变率都对混凝土的单轴极限抗压强度有着重 要影响， 两种条件下混凝土的平均极限抗压强度混凝土抗 压强度都随着应变率的增大而增大。以混凝土极限抗压强 度平均值进行对比来看， 经历一次荷载历史后与直接加载 阮秣萌等： 荷载历史后高强混凝土动态抗压试验 5 相比， 混凝土平均极限抗压强 度有所降低 ， 当应变速率 由 1 0 ～／ s增 加 到 l 0“／ s 、 1 O ／ s 、 1 0 ／ s时， 分 别 降 低 了 1 8 ． 4 2 ％、 1 3 ． 8 5 ％ 、 1 1 ． 3 5 ％和9 ． 5 5 ％ ， 其原因是荷载历史对 混凝土的内部结构造成了损失 ， 从而使混凝土的动态抗压 能力减小。这也与文献 的试验研究结果相似。如果以应 变速率为 I O ／ s 时的混凝土极限抗压强度为准静态抗压强 度， 则平均极限抗压强度的增加幅度如表 2 。 表 2 平均极限抗压强 度的增幅 ％ 从表2上可以看出， 经历5 0 ％f荷载历史后的混凝土与 直接加载的相比， 其极 限抗压强度的增加幅度随着应变速 率的增加而明显增大。 2 ． 2 荷载历史对混凝土变形特性的影响 2 ． 2 ． 1 弹性模量 混凝土的弹性模量是关于混凝土材料应力应变关系的 重要参数之一， 本试验取极限抗压强度 5 0 ％的割线模量为 弹性模量 ， 经过对不同应变速率下的应力 一应变曲线分析 得到混凝土弹性模量如表 3所示。 表3 直接加载5 O ％ 后混凝土的弹性模量( 1 0 ) M P a 从表 3可以看出， 随应变速率的增加 ， 直接加载和加载 5 0 ％f 后的混凝土弹性模量都有一定的增加。在经历 5 0 ％f 荷载历史后， 不同应变速率下的混凝土抗压弹性模量均 比 直接加载下的混凝土抗压弹性模量减小了许多， 以平均值 比较 ， 当应变速率由 1 O ／ s 增加到 1 0 ／ s 、 l O ／ s 、 1 OI 2 ／ s 时 ， 弹 性 模 量 分 别 减 小 了 1 7 ． 6 1 ％、 1 5 ． 6 5 ％、1 6 ． 6 3 ％ 、 1 7 ． 5 5 ％。这说明荷载历史对高强混凝土的动态抗压弹性模 量有着很大影响， 原因是当混凝土经历荷载历史后 ， 其强度 发生了劣化现象。 2 ． 2 ． 2 峰值应变 混凝土在对应峰值应力时的应变为临界应变。根据对 实验数据的分析整理， 得出不同应变率下， 直接加载和经历 荷载历史后混凝土的峰值应变如表 3所示。 从表4可以看出， 随应变速率的增加， 直接加载和加载 5 0 ％f后的混凝土峰值应变整体具有减小趋势。因为混凝 土的临界应变是由混凝土的弹性应变和粘性应变两者共同 引起的， 而随着应变速率的增加 ， 混凝土的弹性应变保持不 变而粘性效应却 降低 了， 从而致使混凝土 的临界应变减 小⋯。通过数据还可看出经历荷载历史后的混凝土抗压峰 值应变与直接加载时相比较， 峰值应变变化不大 ， 但是也呈 现下降趋势。 表4 直接加载 5 0 ％f后混凝土的峰值应变 s 3结语 ( 1 ) 混凝土抗压强度随着应变率的增大而增大； 经历 5 0 ％荷载历史后的高强混凝土， 平均极限抗压强度降低了， 与直接加载相比， 随着应变率的增大， 混凝土的平均极限抗 压强度分别降低了 1 8 ． 4 2 ％、 1 3 ． 8 5 ％、 1 1 ． 3 5 ％和9 ． 5 5 ％。 ( 2 ) 经历 5 0 ％荷载历史后的高强混凝土与直接加载 的相比， 其极限抗压强度的增加幅度随应变速率 的增加 较大。 ( 3 ) 混凝土的弹性模量随着应变率的增大而增大； 经 历 5 0 ％荷载历史后的高强混凝土与直接加载相比， 随着应 变率的增大， 混凝土的抗压弹性模量分别减小了 l 7 ． 6 1 ％、 I 5 ． 6 5 ％ 、 1 6 ． 6 3 ％ 、 1 7 ． 5 5 ％ 。 ( 4 ) 混凝土的峰值应变随着应变率的增大而减小； 经 历5 0 ％荷载历史后的高强混凝土与直接加载的相 比， 峰值 应变变化不大但也呈现下降趋势。 参考文献 [ 1 ] A b r a m s D九 E ff e c t o f r a t e o f a p p l i c a t i o n o f l o a d O H t h e c o m p r e s - s i v e s t r e n g t h o f c o n c l ~ t e[ J ] ． P r o c ， 20t h A n n u ． M e e ti n g ， A S T M， We s t C o n s h o h o e k e n ， 1 9 1 7， ( 1 7 ) ： 3 6 4—3 7 7 ． [ 2 ] 肖诗云， 林皋， 逯静洲， 王哲 ． 应变率对混凝土抗压特性的影 响[ 】 ． 哈尔滨建筑大学学报， 2 0 0 2 ， 3 5 ( 5 ) ： 3 5 — 3 9 ． [ 3 ] 董毓利， 谢和平， 赵鹏 ． 不同应变率下混凝土受压全过程的实 验研究及其本构模型[ J ] ． 水利学报， 1 9 9 7 ， ( 7 ) ： 7 2 — 7 7 ． [ 4 ] C O WE L L W L D y n a m i c ： p 1 0 叫 i e s o f p l a i n p o a l a n d c e m e n t c o n - c r e t e[ R] ． T e c h n i c a l R e p o r t NoR 4 4 7，1 9 6 6 ． [ 5 ] 闷东明． 混凝土动态力学性能试验与理论研究[ D ] ． 大连： 大 连理工大学 。 2 0 0 6 ． [ 6 ] 孙吉书， 窦远明， 杨春风， 李波 ．混凝土动态抗压特性的试验 研究[ J ] ． 混凝土， 2 0 1 1 ， 2 6 1 ( 7 ) ： 20 — 2 2 ． 【 7 ] 肖诗云， 张剑 ． 历经荷载历史混凝土动态受压试验研究【 】 】 ． 大连理工大学学报 ， 2 0 1 1 ， 5 1 ( 1 )： 7 8—8 3 ． [ 收稿日期] 201 3 — 0 1 — 0 7 【 作者简介】 阮秣萌( 1 9 8 2 一) ， 男， 天津人。 工程师。 从事建筑 结构设计工作。