饱和混凝土劈拉试验动态特性研究.pdf
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1、2 0 1 5年 第 5期 (总 第 3 0 7 期 ) Nu mb e r 5 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 0 7 ) 混 凝 土 Con c r e t e 理论研究 THEORET I 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 5 0 5 0 0 4 饱和混凝土劈 拉试验 动态特性研究 梁辉 - 一 , 彭刚 。 胡伟华 。 黄仕超 ( 1 三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心, 湖北 宜昌4 4 3 0 0 2 ; 2 三峡大学 土木与建筑学院, 湖北 宜昌44
2、3 0 0 2 ) 摘要: 利用大型多功能动静力三轴仪进行了不同应变速率( 1 O 一、 1 O 、 1 0 和 1 0 s 。 。 ) 下 , 饱和混凝土劈拉试验 , 对其峰值应 力、 峰值应变、 弹性模量 、 吸能能力等物理力学参数变化规律进行了研究 , 进而分析了饱和混凝土劈拉试验下的各力学参数率效 应。 从断裂力学角度 , 分析了饱和混凝土劈拉强度变化机理。 基于对具有软化段 的 Ma z a r s 本构模型的改造 , 构建了饱和混凝土 劈拉试验应力 一 应变全曲线方程。 经验证 , 此模型能够较好吻合试验数据。 关键词: 饱和混凝土; 动态劈拉试验 ; 力学参数 ; 本构模型 中图
3、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 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 0 1 4 0 4 S t u d y o n c h a r a c t e r i s t i c s o f s a t u r a t e d c on c r e t e u n d e r d y n a m i c s p l i t t e n s ion t e s t LI ANG Hu i , PE NG Ga n g , HU W e i hu a , HUANG S h i c h a o ( 1 Co l l a b o r a
4、ti v e I n n o v a ti o n Ce n mr f o r Ge oHa z ard a n d E c oE n v i r o n me n t i n T h r e e Gr o r g e s Ar e a , Yi c h a n g 4 4 3 0 0 2, C h i n a ; 2 Co l l e g e o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e , C h i n a T h r e e G o r g e s Un i v e r s i t y, Y i c h
5、a n g 4 4 3 0 0 2, C h i n a ) Abs t r a ct : Th e s p l i t t e ns i o n t e s t s o f s a t u r a t e d c o n c r e t e we r e c a r r i e d o u t by 1 0 MN La r g e S t a tic a n d Dy n a mi c Tria xi al Ap p ara ms Fu n c t i o n u n d e r d i ff e r e n t s t r a i n r a t e s ( 1 0 、 1 0 、 1 0
6、 和 1 0 s ) The me c h a n i c a l p r o p e r t i e s , s u c h a s t h e p e a k s t r e s s , p e ak s t r ai n , e l a s ti c mo d ul u s and e n e r g y a bs o r p tio n we r e r e s e a r c h e d And the n, t h e r a t e e ffe c t o n the me c h an i c a l p r o per t i e s o f s a t u r a t e
7、d c o n c r e t e we r e an a l y z e d Fr o m p e r s pe c t i v e o f f r a c t u r e me c h a n i c s, s p l i t t i n g t e n s i l e s t r e n g th me c h a ni s m o f s a t u r a t e d c o nc r e t e wa s a n alyz e d Ba s e d o n the tran s f o r ma tio n of M a z a r s c o n s ti t ut i v e
8、mo d e l wi th s o f t e n e d s e c ti o n, the e q u a ti o n o f s tre s ss tra i n C H I Ve i s e s t a b l i s h e d I t wa s ve rifie d tha t th e m o d e 1 fi t s t h e d a t a o f the t e s t we l 1 K e y wo r d s: s a mr a md c o n c r e t e ; d y n a mi c s p li t t e n s i o n t e s t ; m
9、e c h a n i c al p r o p e r t i e s ; c o n s ti t u ti v e mo d e l 0 引言 混凝土在动态荷载作用下 的力学特性 与静态荷载作 用下的力学特性有着显著的差异 , 主要表现在抗 压抗拉强 度、 弹性模 量 、 泊 松 比以及 吸能 能力 等方 面 。 在 1 9 1 7年 A b r a ms 对混凝土进行动载 ( 加载速率约为 2 1 0 S ) 和静载( 加载速率约为 8 1 0 S ) 压缩试验时发现混凝 土抗压强度存在速率敏感性 , 对混凝土材料进行动载试 验 的研究陆续发展起来 。 到 目前 为止 , 混凝 土动态
10、 特性 已经 取得一系列的研究成果 。 1 9 9 2年 , J o h n等人在 S H P B上对 混凝土试件进行六套劈拉试验 , 试件厚度分别为 0 2 5 i n 和 0 5 i n , 直径分别为 0 5 i n 、 1 i n和 2 i n , 应变率 范围从 5 1 0 S 到 7 0 S , 强度增加系数值达到4 8 。 1 9 9 5 年 J W T e d e s c 和 C A R O S S利 用分离 式霍 普金 森压杆 技术 ( S H P B) 采用对 径劈裂试验 得到 了混 凝土 的动 态抗拉强 度 J , 应变率为 1 7 S 到 7 S , 最高动态抗拉强度是
11、静态 抗拉强度的 3 6 4倍 。 宋小林等利用 S H P B压杆对不 同尺 寸的大理岩 巴西圆盘和带平 台的巴西 圆盘进行较宽应 变 率范围的动态劈裂试验 , 研究不 同类型的试件在不同应 变率下的破坏应变, 讨论了试件尺寸、 弹速以及应变率对 破坏应变的影响 。 牛卫 晶等采用 S H P B压杆 , 利用 圆柱体 对径受压原理对直径为 7 4 1T I I I I 的混凝土试件进 行了动态 劈裂拉伸试验 , 研究证实了混凝土动态拉伸性能的应变率 敏感 陛, 并发现了相应的临界应变率 , 大约是 2 S , 当应变率 超过它时, 混凝土的抗拉强度会有个较大比例的增加。 综上所述 , 虽然
12、对混凝土动 态试 验 的研究很 多 , 但 是 主要集中在 受压试验 , 对 于混凝 土动态 受拉试 验非 常有 限。 在有 限的研究中 , 不同研究者得出的结论不同 , 甚至相 互矛盾 。 因此 , 迫切需要对 混凝 土动态劈 拉试验进行更全 面的研究。 1 试 验 过程 1 1试 验设 备 试验采用的 1 0 MN微机控制 电液伺服大型多功能动 静力三轴仪 ( 型号 T A Z W 一1 0 0 0 0 ) 。 设备主要 由加载框 架 系统 、 液压油泵系统 、 围压系统等几部分组成 。 它是 由三峡 大学和长春朝阳试验仪器有限公司联合研制生产的。 该设 备可进行单轴 试验 、 常 三轴试
13、 验 ( = ) 、 真 三轴试 验 收稿 日期 : 2 0 1 4 1 0 0 8 基金 项 目 : 国家 自然科学基金项 目( 5 1 2 7 9 0 9 2 ) ; 三峡大学研究 生科研创新基金项 目( 2 0 1 4 C X 0 2 2 ) 1 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m , d 动态劈拉强度 ; 静态应变速率 , 1 0 S 一; 静态应变速率下的劈拉强度。 从表 2 和 图2可以看 出, 应变速率对混凝土 的劈拉强 度有显著影响, 劈拉强度随着应变速率 的增加而增大。 2 2 峰
14、值 应变 众多研究者对混凝土的峰值应变随着应变速率增加 变化规律说法不一 , 有的认 为减小、 增加或 者变化不 明显 等 。 本试验所得不同应变速率的峰值应变, 如表3 。 表3饱和混凝土峰值应变 试件类型试件尺寸 1 0 - s 1 0 s 兽 望 1 0 s 一1 0 s 一【一一ll 饱和混凝土中1 5 0IT ll n1 5 0 n ll T l 1 7 0 2 2 0 2 5 0 3 1 0 由表 3可知, 本研究所得试验结果 中, 随着应 变速率 提高, 混凝土峰值应变呈现逐渐增加趋势。 峰值应变与应 变速率之问关系, 如图 3 , 式( 2 ) 为拟合方程 , 相关 系数R=
15、0 9 9 2 7。 s d e =1+0 3 2 5 7 l o g ( d ) ( 2 ) 式中 : s 和 s 分别为动态 和静 态应变速 率下 的峰值 应 变 l o g d 图 3 峰值应变与应变速率关系图 2 3弹性模量 弹性模量是混凝土材料重要力学性能之一 , 本研究采 用峰值应力的 3 0 5 0 处 割线模量作 为弹性模量 , 研究 了在不同应变速 率下 , 饱 和混凝 土弹性模 量的变化规律 , 见表 4 。 表 4饱和 混凝土 弹性模 量 试 件 类 型 试 件 尺 寸 萼 饱和混凝土 q b l 5 0 m i 1 1 5 0 m i l l 4 8 1 4 6 3 4
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