冻融循环后混凝土单轴及多轴强度的对比分析.pdf
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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 n c r e t e 理论研究 T HE0RET I CAL RESEARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 2 0 0 3 冻融循环后混凝土单轴及多轴强度的对比分析 覃丽坤 。宋宏伟 ,王秀伟 ( 大连民族学院 土木建筑工程学院,辽宁 大连 1 1 6 6 0 0 ) 摘要 : 为研究冻融循环对北方寒冷地 区混凝土结构产生的不利影响,利用大连理工大
2、学海岸和近海工程国家重点实验室的 大型混凝土静、 动三轴试验系统, 对快速冻融循环0 、 2 5 、 5 0 、 7 5 次的普通混凝土进行了单轴压, 多轴压的力学性能试验, 其中双轴 压的应力比为 1 :0 2 5 、 1 : 0 5 、 l : 0 7 5 、 1 : 1 , 三轴压的应力 比为 0 1 : 0 2 5 : 1 、 0 1 : 0 5 : 1 、 0 1 : 0 7 5 : 1 和 O 1 : 1 : 1 的常规三轴和真三轴 , 测得了冻 融循环后混凝土的单轴和多轴抗压强度 , 根据试验结果 , 系统地分析了冻融循环对混凝土单轴压及多轴压强度的不同影响, 总结 了应力比和冻
3、融循环次数对处于多轴应力状态下混凝土强度的影响规律 。 结论表明: 冻融循环后混凝 土的双轴压和三轴压强度高 于单轴抗压强度 , 提高程度与应力 比有关。 这些结论可为北方寒冷地区的混凝土结构, 如水坝、 混凝土桥梁、 路面的抗冻设计提供 理论依据 。 关键词 : 混凝土 ;冻融循环 ;单轴压 ;多轴压 ;强度 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 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 0 8 0 4 Un i a x i a l a n d mu l t i a x l e c o m p r e s s i on s
4、 t r e n g t h o f c on c r e t e a f t e r f r e e z e - t ha w c y c l i n g c on t r a s t a n a l y s i s Q1 NL i - k u n , S ONGHo n g - we i , WANGXi u we i ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n ga n dAr c h i t e c t u r e , Da l i a nNa t i o n a l i t i e s Un i v e r s i t y , Da
5、l i a n 1 1 6 6 0 0, C h i n a ) A b s t r a c t : F o r t h e s a k e o f s t u d n g t h e e f f e c t o f fr e e z e t h a w c y c l in g o n c o n c r e t e s t r u c t u r e s , u n i a x i a l c o m p r e s s i o n and m u l t i a x l e c o mp r e s s i o n s ve ng t h of no r ma l c o n c r e
6、 t e we r e t e s t e d us i n g t h e l a r g e s t a t i c d y na mi c t r i - -a x i a l t e s t s ys t e m f o r c o n c r e t e i n t he S tat e Ke y L a b o r a t o r y o f C o a s t a l a n d Off s h o r e E n g i n e e r in g , Da l i a n Un i v e r s i ty o f T e c h n o l o g y a ft e r 0
7、, 2 5 , 5 0 a n d 7 5 c y c l e s o f r a p i d fr e e z e tha w S t r e s s r a d i o swe r et ake ni n t o a c c o u n tt h a t de s i g n d o ub l e c omp r e s s i o n s t r e s s r a d i oswe r e l : 0 2 5、 1 : 0 5、 1 : 0 7 5、 1 : l, d e s i gn g e n e r a l a n dt r uet r i a xl e c omp r e s
8、s i o n s t r e s s r a d i os we r e 0 1: O25: 1、 0 1: 0 5: 1 、 0 1: 0 7 5: 1 a nd 0 1: l: 1 Th e d i ffe r e n t e ffe c t o f fre e z e tha w c yc l i n g o n u n i a x i a l c omp r e s s i on a n d mu l t i a x l e c o mp r e s s i o n s t r e n g t h we r e s y s t e ma t i c a l l y a na l y
9、z e d ba s e d o n e x p e r i me n t a l r e s ul t s, l a ws o f f r e e z e t ha w c y c l i ng a nd s t r e s s r a t i os e ffe c t o n c o n c r e t e mu l t i a xl e c o mp r e s s i o n s tre n g t h we r e s u mma riz e dThe c o nc l us i o n s h o we d t h a t do u b l e c omp r e s s i on
10、 a nd t r i a x l e c o mp r e s s i o n s tr e n g t h h i g h e r t h an un i a x i a l c o mp r e s s i o n , t h e l e v e l t h a t i mp r o v e d r e l a t i v e t o u n i ax i a l c o mp r e s s i o n h a s r e l a t i o n wi t h s t r e s s r a d i o s Th e s t u d y r e s u l t p r o v i de
11、 d s t r u c t u r a l a s s i g n a nd a n a l y s i s f o un d a t i o n for fros t r e s i s t a nc e o f s t r u c t u r e s i n n o r t h e r n r e g i o n s u c h a s d a m , c o nc r e t eb r i d g ea nd r o a d, e t c K e y wo r d s : c o n c r e t e ; fr e e z e t h a w c y c l e ; u n i ax
12、i a l c o mp r e s s i o n ; mu l t i -a x l e c o mp r e s s i o n ; s tre n gth 0 引言 我 国北方 寒冷地 区水利工 程 中的混凝 土大坝 , 几乎 1 0 0 都遭受不同程度 的冻融破坏 , 有的工程在施工过程 中 或竣工后不久即出现严重 的冻害。 混凝土冻融破坏不仅在 “ 三北” 地区存在, 在长江以北黄河以南的中部地区, 也存 在混凝土结构的冻融破坏现象。 目前, 对混凝土抗冻性能的 研究, 国内外已进行了一些试验研究工作 1 - 1 , 提出的破坏 理论有美国的鲍尔斯( T C P o w e r s
13、 ) 提出的静水压假说和渗 透压假说 ; 前苏联学者从力学概念出发, 提出了现象学观 点等, 这些研究大部分是从纯物理的模型出发, 经假设和 推导而得出结论。 对于混凝土冻融破坏机理, 国内外尚未 得到统一 的认识 。 从现有的研 究资料来看 , 对混凝 土冻融 破坏的研究主要集中在以质量损失与动弹性模量为标准, 针对混凝土抗冻安全设计 等级而展开的, 而对混凝土冻融 循环后的力学性能研究资料甚少。 在实际工程 中, 特别是一些重大的结构 , 如水坝 、 海洋 工程中的混凝土结构是处于多轴应力状态的 , 现有的研究成 果表明n 湖 , 常温下处于双轴压压应力状态的混凝土结构比 单轴应力状态的混
14、凝土结构, 具有更高的承载能力, 而处于 双轴拉压应力状态的混凝土结构的情况正相反, 冻融循环后 这种情况更加明显。 所以, 按照混凝土单轴设计理论分析处 于多轴应力状态的混凝土结构是不合理的。 目前, 现有的关 于冻融循环后混凝土性能的试验资料, 大多是针对单轴状态 收稿 日期 :2 0 1 2 0 8 3 0 基金项目:国家自然科学基金资助项目( 5 0 4 7 9 0 5 9 ) ; 国家住房和城乡建设部科研基金项目( 2 0 1 1 k 2 1 4 ) ; 中央高校基本科研业务专项资金 资助项目( D C1 2 0 1 0 1 1 0 1 ) ; 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验
15、室项 目( L P 1 0 0 2 ) 8 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 表 1中的结果表 明 : 随冻融循环次数 的增加 , 混凝 土 极限抗压强度明显降低 , 经 7 5 次冻融循环后 , 极限抗压强 度降低至初始强度的6 3 3 6 。 表 1 不同冻融循环次数后混凝土单轴压极限抗压强度平均值 d 冻融循环次数 极限抗压强度平均值 MP a O 2 5 5 0 75 3 4- 2 0 3 0 01 2 4 1 O 21 6 7 表 2中的结果表 明: 在应力 比 相 同的情况下 , 随着 冻
16、融循环次数的增加, 混凝土在双轴压应力状态下的极限 强度 降低 ; 在相 同冻融循环次数时 , 混凝 土在双轴压应力 状态下的极限强度较单轴压极限强度提高, 提高程度取决 于应力比O t 值。 表 2 不 同冻融循环次数后混凝土双轴压极限抗压强度平均值 f 2 M Pa 表 3 中的结果表明: 随冻融循环次数的增加, 混凝土极 限抗压强度相应降低。 在相同冻融循环次数后, 混凝土抗 压强度随应力 比的变化规律 同常态 , 在应力 比为 0 1 : 0 5 : 1 时, 混凝土极限抗压强度 a 较单轴压强度增长 幅度最大。 表 3 不同冻融循环次数后混凝土三轴压极 限抗压强度平均值 毛 M P
17、a 2 3 冻融循环后混凝土单轴及多轴强度的对比分析 表 4给 出了混凝土双轴压平均极 限抗 压强度基于单 轴压强度提高的倍数, 表 5 给出了混凝土三轴压平均极限 抗压强度基于单轴压强度提高 的倍数 。 表 4 冻融循环后混凝土双轴压平均极限抗压强度 基于单轴压强度提高的倍数 f 2 d d 由表 4 可见 , 在双轴压应力状态下, 在 a = l : 0 5 时 , 极 限抗压强度提高值最大, 并且, 随着冻融循环次数的增加, 应力比d对抗压强度的提高作用逐渐加大。 如冻融循环 前, a = l : 0 5 时的极限抗压强度提高了 1 3 3 倍, 而冻融循环 1 0 表 5 冻融循环后混
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