混凝土动态拉伸试验与数值研究进展.pdf
《混凝土动态拉伸试验与数值研究进展.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《混凝土动态拉伸试验与数值研究进展.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2 0 1 3 年 第 2期 (总 第 2 8 0 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 3 0 2 0 0 4 混凝土动态拉伸试验与数值研究进展 范立新 , 。焦楚杰 ,张亚芳 ,胡志勇 ,马伟鑫 ( 1 广州大学 土木工程学院,广东 广州 5 1 0 0 0 6 ;2 中建三局第一建设工程有限公司 广西分公司,广西 南宁 5
2、 3 0 0 0 0 ) 摘要: 归纳了混凝土动态拉伸试验中的应变率、 湿度、 钢纤维含量以及混凝土强度对试验结果的影响, 对比了以上因素在 S H P B 和采用 MT S试验机的试验 中的影响程度 , 并介绍了 H J C模型、 R HT模型以及采用数值分析软件 L S D Y N A、 A B A Q US 程序的模 拟过程 , 指出了试验和模拟 中不同模型功能上存在的缺陷和进一步研究需要克服的困难。 为混凝土的动态拉伸及数值分析研究提 供了参考。 关键词: 混凝土;动态拉伸;数值模拟 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 2 3 5 5
3、 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 1 2 0 5 C o n c r e t e d y n a m i c t e n s i l e e x p e r i m e n t s a n d p r o g r e s s o f n u me r ic a l s t u d y F A NL i - x i n , J I A O C h u -j i e , Z H A N G Y a f a n g , HUZ h i - y o n g 2 , MA We i x i n ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n
4、g, G u a n g z h o uUn i v e r s i t y, G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 , Ch i n a ; 2 G u a n g x i B r a n c h o f Z h o n g j i a n T h r e e I n n in g s , N a n n i n g 5 3 0 0 0 0 , C h i n a ) Ab s t r a c t : S u mma ri z e d t h e i n fl u e n c e o f s t r a i n r a t e , h u mi d i ty, s t
5、e e l fi b e r c o n t e n t a n d t h e s tr e n g t h o f c o n c r e t e t o t h e r e s u l t s o f d y n a m i c t e n s i l e e x p e rime n t s o f c o nc r e, c o nt r a s t wi t h t h e a b o ve f a c t o r s t o MTS a nd S HPB t e s t , a n d i n tro d u c e d t h e HJ C mo d e l , RHT mo
6、d e l a n d the n um e r i c a l a n a ly s i s s o f twa r e LS DYNA, A BAQUS d u r i n g s i mu l a t i o n o f the p r o g r a m, a n d p o mt s o u t the d e f e c t s i n the e x p e ri me n t a n d s i mu l a t i o n and d i ffi c u l t i e s o f f u r t h e r r e s e a r c h n e e d t o o v e
7、 r c o me P r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e n u me ri c a l ana l y s i s a n d c o n c r e t e d y n a mi c t e ns i l e Ke y w or ds: c o n c r e t e ; d yn a mi c t e n s i l e; n um e r i c a l s i mu l a t i o n 0 引言 多年 以来 , 对混凝土 的研究主要集 中在抗压 、 抗弯和 抗剪 , 且 由于试验设备和试验技术 的限制 , 这些研究大多 属于静态加
8、载。 直到2 0 世纪 6 0 7 0年代, 由于经济建设和 军事方面 的需要 , 混凝土的动态特性才受到更多研究者的 重视 , 并得 到比较大 的发展 , 相应地也促进了试验技术 与 分析方法 的进步。 但是 , 到 目前为止 , 所进行的试验大多是 混凝土的动态压缩试验 , 关于拉伸的资料相对较少 。 然而 , 近年来 , 由于地震 、 风荷载作用等动态因素对混凝 土的影 响越来越 突出, 有必要对混凝 土结构的动态拉伸进行系统 的研究和总结。 1 混凝土动态拉伸的试验研究 应变率是影响混凝土动态拉伸的最主要的因素, 国内 外已有大量相关文献报道。 Me l l i n g e r 和B
9、i r k i m e r 认为在高 加载率的作用下, 混凝土动态抗拉强度的增加幅度要比低 加载率下混凝土抗拉强度增加幅值大 1 。 他们发现当应变 率为 2 0 时, 混凝土抗拉强度增加了 5 0 ; 当应变率为 2 3 s 时, 抗拉强度则增加了 6 3 。 J o h n 等用 H o p k i n s o n 杆进行劈 拉试验, 应变率从 5 x 1 0 S - - 到 7 0 S - 1 之间变化, 测得的强度 增加 系数达 到 4 8 诩 。 D a v i d等人应用 H o p k i n s o n压力杆对 混凝土进行 了直接拉伸试验 , 发现当应变率为 1 7 8 S -
10、 时 , 混凝土动态抗拉强度是准静态抗拉强度( 应变率为 1 0 4 I s ) 的 6 4 7 倍 3 1 。 国内学者李夕兵, 罗章和赵伏军主要针对中 应变率下混凝土的受拉性能进行 了研究 4 1 。 得到 了应变率 由 1 3 8 1 0 气0 5 3 2 x 1 0 S 三个数量级范 围内的钢纤维混 凝土 的应力一 应变全过程 曲线 ( 如 图 1 - 5 ) , 他们还计 算 出 当应变速率从 1 3 8 x 1 0 S 增大到 0 5 3 2 x 1 0 S 时 , 钢纤维 混凝土 ( S F R C ) 的抗拉强度提高 了 3 0 左右 , 峰值应力对 应的应变提高了 1 0 左
11、右, 动态拉伸弹性模量提高了 2 0 左右。 中应变率( 1 3 8 x 1 0 - 4 - 0 5 3 2 1 0 S ) 下, 当钢纤维掺量 从 0 增加到 4 时, 钢纤维混凝土的抗拉强度提高 1 _ 3 倍左 右。 试验数据如图 1 5 所示。 闫东明、 林皋采用高速、 独立数据采集系统、 先进的电 液伺服加载设备并对试验机加载头进行改造 5 - 6 1 , 通过比较 收稿 日期:2 0 1 2 - 0 8 - 2 8 基金项目: 国家自然科学基金项目( 5 0 7 0 8 0 2 2 ) ; 广东省高等学校高层次人才项目( 2 0 5 0 2 O 5 ) ; 建设部科研开发项目( 0
12、 6 K1 3 7 、 0 7 K 4 5 、 0 7 K 4 。 1 3 、 1 O K 3 2 7 、 1 O K 4 1 8 ) ; 广州市属高校“ 羊城学者” 科研项目( 1 0 A0 4 3 G) ; 广州市属高校科技计划项目( 6 2 0 6 4 ) ; 广州大学科研创新团队项目( 2 0 0 8 ) 1 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 5 1 0 O 5 : + 一142 xl0一 s + 一424 x 10一 s + 一655 x 10s + 一154x10 s 一0 4 5 4 x1 0 s 一 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2
13、5 1 O 图 1 S F R C( 1 O ) 在不同应变率下弯拉 E 全过程曲线 2 5 2 0 1 5 b 1O O 5 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 8 1 0 一 图 2 S F R C ( V f = l J 在不同应变率下弯拉 全过程曲线 3 0 2 5 2 0 要 1 5 b 1 - 0 O 5 图 3 S F R C ( 2 ) 在不 同应变率下弯拉 全过程曲线 C 1 0 、 C 2 0 混凝 土在 6种不 同应变率 ( 1 0 5 、 1 0 、 1 0 3 、 1 0 2 、 1 0 、 1 0 n 3 S 一 ) 下 , 应变率对混凝土的
14、影响 , 建立 了混凝土拉 伸强度、 弹性模量、 峰值应力处应变与应变速率间较为精 确的数学模型; 详细分析了应变速率与泊松比、 吸能能力 3 0 2 5 2 0 1 5 b 1 0 0 5 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 8 1 0 一 图4 S F R C( V f= 3 ) 在不同应变率下弯拉 E 全过程曲线 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 O 5 u 0 5 1 u 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 1 0 一 图 5 S F R C( V f= 4 ) 在不同应变率下弯拉 E 全过程曲线 之间的关系; 建立了不同应变速
15、率条件下简便 、 适用的应 力 应变关系模型。 其推导的各拟合方程见表 1 。 图 6 是不同速率下混凝土的相对应力一 应变全曲线图。 孙吉书和窦远 明应用 MT S 试验机 , 对 C 5 0 高强混凝土 在应变速率为 1 0 - 5 , , 1 0 五 S 范围内进行单轴动态拉伸试验用 。 系统研 究了在 中低应变速率下高强混凝土的抗拉强度 、 弹 性模量、 峰值应变等抗拉力学特性 , 并分析了应变速率对 高强混凝上抗拉强度、 弹性模量等力学指标的影响规律。 得到结论 : 高强混凝上抗拉强度、 弹性模量随着应变速率的 提高而显著提高 , 相对于准静态抗拉强度, 应变率为 1 0 - 4 、
16、 1 0 一 。 、 1 0 之S 时, 高强混凝土的抗拉强度分别提高了 8 4 、 1 4 5 、 1 8 1 , 弹性模量分别提高了 4 9 8 、 8 9 和 1 9 8 。 但高强混凝土的受拉峰值应变和泊松比未见有明显变化。 表 1 应变率对混凝土动态性能影响的拟合方程 R o s s 等人主要针对在高应变率下 湿度对 混凝 土动态 抗拉强度的影响进行了研究嘲 。 他们采用 S H P B进行高速 率下的拉伸试验 , 研究了在内部含水量为 1 0 0 和 0的两 种情况下 , 混凝土在应变速率为 1 1 0 S 和 1 0 s 两个 应变速率量级下含水量对混凝土直接拉伸强度和杨氏模 量
17、的影响, 得出对干燥混凝土, 杨氏模量降低了 4 5 , 而对 湿混凝土杨氏模量提高了 2 6 6 的结论。 并且发现干燥混 凝土表现的速率敏感性较湿混凝土的差 , 应变率对干燥混 凝土动态强度的影响很小, 而对湿混凝土强度的影响显著 , 因而他们认为混凝土中自由水是引起强度增加的原因。 林皋总结 R o s s 的分析方法和结论, 在其试验设备的基 础上对设计强度为 2 0 MP a 的混凝土进行在饱和与正常湿 度 2 种含水量条件下进行动态的单轴直接拉伸试验唧 。 试 验结果表明: 应变速率每增加一个量级, 饱和湿度混凝土 1 3 m mmm 戮 学兔兔 w w w .x u e t u
18、t u .c o m 1 0 0 8 釜 0 6 0 4 0 2 实验数据点 的拟合曲线 实验点 的拟合曲线 、 实验点 的拟合曲线 U l 2 j 4 , 应 变 比 图 6 不 同速率下混凝土的相对应力一 应变全曲线图 的强度提高 2 6 5 , 远高于在正常含水量条件下的 1 3 4 。 试验还得出: 混凝土在较高拉伸应变速率下的强度提高现 象是由所含 自由水的黏性 以及破裂形式改变引起的。 肖诗 云, 田子坤在 MT S 试 验机上对普通 混凝土受拉 试件预先施加不同应变率和大小不同的荷载历史, 然后对 经历荷载历史后的混凝土受拉试件在应变率 1 0 - 5 - 1 0 S 范围内进行
19、动态单轴拉伸损伤试验【 】 。 研究了荷载历史 对混凝土 的动态抗拉强度 、 动态变形特性和 动态损 伤特 性的影响。 研究结果表明: 混凝土经历荷载历史后, 混凝 土抗拉强度和混凝土损伤槛值都降低了。 其中, 相对于未 历经荷载历史 , 混凝 土历经 了 4 5 、 6 0 和 7 5 极限强度 后 的平均抗 拉强 度对于应 变率 为 l 0 、 l 0 、 l 0 、 1 0 S 时分 别 降低 了 8 7 8 、 6 3 7 和 6 7 1 , 1 2 9 5 、 9 0 6 和 1 3 1 1 , 1 4 4 6 、 1 7 5 0 和 1 7 5 O 以及 8 8 6 、 8 4 3
20、 和 8 0 0 。 但临界应变受荷 载历 史影响不大 ; 在相 同的应力 比和应变比情况下 , 混凝土的损伤值随着荷载历史的增 加而增加 。 2 混凝土动态断裂数值研究进展 自 1 9 9 3年 H o l o m q u i s t T J , J o h n s o n G R和 C o o k W H 提 出 J o h n s o n H o l m g u i s t C o o k ( H J C) 模 型【 1 】 】 ( 模 型原理 如 图7 ) 后, 此模型以其能够较好地描述混凝土在高速撞击与 侵彻下的力学行为, 适用于拉格朗日和欧拉算法 , 且使用 方便, 在数值模拟中得
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 混凝土 动态 拉伸 试验 数值 研究进展
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【gr****7】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【gr****7】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。