循环荷载作用下混凝土卸载刚度试验研究.pdf
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1、斩 建巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 循环荷载作用下混凝土卸载刚度i 式 验砷夯 梅世强, 姜袁, 王乾峰 ( 三峡大学 土木水电学院, 湖北 宜昌4 4 3 0 0 2 ) 摘要 : 对钢纤维混凝土和普通混凝土试件进行了等应变增量重复加卸荷载试验, 应变速率分别为 1 0 s 、 1 0 - 4 s 、 1 O 。 , s 。试验结 果表 明, 2种混凝 土在加载初始段 内, 会 出现卸 载刚度 提高的现象 , 之后 混凝土的卸载刚度才会逐渐 降低 ; 在 混凝土破坏时 , 钢纤维 混凝土 的卸载刚度退化率最终保持在 0 2以 上, 普通混凝 土的卸载 刚度退 化率则保持在 0 1 ;
2、卸载刚度提 高的幅度 与应 变速 率有关, 在应变速率为 1 0 。 s 时 , 提高程度最 明显, 钢 纤维混凝土与普通混凝 土的卸载刚度退化率峰值分别提 高 1 9 O 和 6 8 ; 不同应变速 率 的荷载作用下, 钢纤维混凝土的卸载刚度 变化差异比普通 混凝 土更加 明显。在试验 的基础上 , 进一步建立 了卸载刚度退化率和应 变之 间的关系式。 关键词: 混凝土: 循环荷载; 应变速率; 卸载刚度 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 2 文献标 识码 : A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 叭一 0 0 0 1 0 4 Ex pe r i m
3、 e nt al s t u dy on t he u nl o a di ng r i g i d i t y of c o nc r e t e wi t h c yc l i c l o ad ME I S h i q i a n g , J I A NG Y u a n , WA N G Q i a n f e n g ( Co l l e g e o f Ci v i l Hy d r o p o w e r E ng i n e e rin g, C hi n a Th r e e Go r g e s Un i v e r s i t y, Yi c h a n g 4 4 3
4、0 02 , Hu b e i Ch i n a ) Ab s t r a c t : E q u i di f f e r e n t s t r a i n c y c l i c l o a d i n g t e s t s we r e c a r r i e d o u t o n t h e s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e( S F C) a n d o r d i n a r y c o n c r e t e Th e s t r a i n r a t e s we r e 1 0 s , 1
5、0 s a n d 1 0。 s r e s p e c t i v e 1 ) r Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e rig i d i t y o f t h e t w o k i n d s of c o n c r e t e wa s i n c r e a s e d a t t h e be g i n n i n g o f l o a d i n g, t h e n t h e rig i d i t y wa s g r a d u a l l y d e c r e a s e d T he d e g e n e
6、 r a t e r a t i o a b o u t u n l o a d i n g rig i d i t y o f S F C wa s k e p t a b o v e 02, wh i l e t h a t of o r d i n a ry c o n c r e t e wa s ke p t a t O 1 I n c r e a s e o f u n l o a d i ng rig i d i t y wa s a ff e c t e d b y s t r a i n r a t e : i t w a s i n c r e a s e d mo s t
7、 o bv i o u s l y a t s t r a i n r a t e of 1 0- 3 s , wh i c h wa s 1 9 0 a n d 6 _ 8 u p r e s p e c t i v e l y f o r S F C a n d o r d i n a r y c o n c r e t e Un d e r t h e l o a d i n g f u n c t i o n o f d i f f e r e n t s t r a i n r a t e s , t he rig i d i t y o f SF C c h a n g e d m
8、o r e o b v i o u s l y t h a n t h a t o f t h e o r d i n a ry c o n c r e t e B a s e d o n t h e s e t e s t s , t h e r e l a t i o n a l e x p r e s s i o n b e t w e e n t h e d e g e n e r a t e r a t i o o f u n l o a d i n g ri gid i t y a n d t h e s t r a i n r a t e w a s e s t a b l i
9、s h e d Ke y wor ds: c o n c r e t e : c y c l i c l o a d; s t r a i n r a t e; u n l o a d i n g rig i d i t y 0 前言 钢纤维混凝土已被广泛应用于隧洞、 水利、 矿山、 道路、 港 口和海洋等工程领域,对钢纤维混凝土材料下的静态力学性 能已 有了一些研究工作_ l- 4 1 。在动态循环荷载作用下的混凝土 试验还比较缺乏,而混凝土结构在使用期间往往承受各种重 复加卸载作用。此外, 混凝土作为多相材料, 在加载之前各骨 料界面就带有微裂纹, 随着外荷载的增加, 这些微裂纹不断演 化
10、扩展, 同时混凝土的内部损伤加剧。 目 前对于混凝上的损伤 基金项 目: 国家 自然科学基金项 17 1 ( 5 0 6 7 9 0 3 9 ) 国家 自然科学基金重大项 目( 9 0 5 1 0 0 1 7 ) 中国博士后基 金项 目( 2 0 0 6 0 3 9 0 8 3 2 ) 收稿 日期: 2 0 0 9 0 8 1 9 作者简 介: 梅 世强, 男 , 1 9 8 4年 生 , 湖 北安陆人 , 硕士研 究生 , 从事混 凝土以及钢纤维混凝 土动力特性及细观 力学研究 。 地址 : 湖北省宜 昌 市大学路 8号, 电话 : 1 3 4 8 7 2 5 1 0 1 5 , E - m
11、a i l : m e i s h i q i a n g a h me t 。 有一定的研究I ” 】 , 而对钢纤维混凝土损伤的研究工作甚少嘲 。 许多研究表明,混凝土的刚度退化能够反映混凝土的损伤发 展程度_9 _ “ 】 。鉴于此, 本文通过混凝土的等应变增量( Ae = l x 1 0 。 ) 重复完全加卸荷载试验, 对加卸荷载过程中卸载刚度退 化的规律进行研究,描述了中应变速率下普通混凝土与钢纤 维混凝土的卸载刚度变化规律, 得到了卸载刚度退化率与应 变之间的关系。 1 混凝土循环加载试验 1 1 试样制备 本试验钢纤维混凝土的设计强度等级为C 4 0 ,依据J G J 5 5 2
12、 0 0 0 普通混凝土配合比设计规程 以及J G ff 3 0 6 4 -1 9 9 9 钢纤维混凝土 进行配合比设计与试配, 确定钢纤维混凝土 各组成材料用量。 1 1 1 材料选择与配合 比设计 试验采用4 2 5 R普通硅酸盐水泥;细骨料采用细度模数 为2 4 、 最大粒径为5 m iT t 的连续级配河砂, 粗骨料采用5 2 0 N E W B UI L Dl NG M ATE R I AU S 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 梅世强, 等: 循环荷载作用下混凝土卸载刚度试验研 究 n l m的连续级配卵石;钢纤维采用武汉汉森钢纤维厂生产的 , 剪
13、切型钢纤维, 规格为S F B 3 2 ( D, 钢纤维长径比为5 7 ( 平均 值) ,抗拉强度不小于3 8 0 M P a , 9 0 。 弯折不断率不小于9 0 : 拌和水采用自 来水。混凝土的配合比见表 1 。 表 1 混凝土的配合 比 k c m 注 : 钢纤维体积率为 2 。 1 1 2 试件的制作与养护 试验采用q 3 1 0 0 m m x l 5 0 m m的圆柱体试件, 人工振动台 振捣密实, 2 4 h 后拆模, 拆模后立即放入( 2 0 3 ) o c 、 湿度为 9 5 以上的标准养护室养护2 8 d 。 1 2 加载试验 1 2 1 试验设备 采用长春市朝阳试验仪器
14、厂生产的大型微机控制电液伺 服多功能静动三轴材料试验机。 该机最大压力1 5 0 0 k N ; 采用 引伸计进行变形测量, 轴向 变形测量范围0 1 0 i n m , 径向变形 测量范围0 5 i n m; 位移测量范围0 1 0 0 m i l l 。 加载应变速率可 以控制在 1 0 s 1 0 之 s , 具有良好的工作性能, 能够满足本试 验的要求。 1 2 2 试验过程 首先, 将试件安放在圆形的垫块上, 然后调整引伸计, 使 轴向引伸计与试件顶部的锥体保持接触,同时将径向引伸计 适当固紧在混凝土试件的中部位置, 确认接触良 好后, 放置球 铰, 并将块体装置与试件对齐; 然后,
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