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真实水荷载对混凝土强度影响
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3秒自动关闭窗口混凝土的强度和变形--试验基础和本构关系_PDF图书下载_过镇海_在线阅读_PDF免费电子书下载_第一图书网
混凝土的强度和变形--试验基础和本构关系
出版时间：1997-12&&出版社：清华大学出版社&&作者：过镇海&&Tag标签：无&&
内容简介本书是作者与其合作者，以及他们所指导的研究生们多年来在混凝土强度和变形方面的试验和理论研究成果的汇集和总结。全书分作上、下两篇，共16章。主要内容在上篇有：混凝土力学性能的基本特点，单轴受压、受拉和剪切作用下的强度和变形规律，不同强度等级、应变（力）梯度、重复加卸载等情况下的性能；下篇有：混凝土的多轴试验技术，多轴强度和变形的一般规律，破坏形态和机理、破坏包络面和准则表达式，非线弹性本构模型，以及非单调比例加载时的性能等。本书着重总结有关试验研究结果，分析混凝土受力性能的机理和一般规律，最终表达为适当的本构模型，以便在理论分析和处理实际工程问题中应用。可供高等院校有关专业的师生，以及从事结构工程的科研、设计和施工工作的技术人员使用。‘
过镇海1934年生，江苏省无锡市人。现为土木工程系教授、博士生导师，并任全国钢筋混凝土结构标准技术委员会副主任、土木工程学会混凝土和预应力漏凝土学会理事等职。主要科研领域有：预应力混凝土屋架、结构工程的整体性能、二阶段受力叠合梁、加气混凝土材料和构件、素混凝土和约束混凝土在单调和反复荷载下的性能、混凝土的受拉和剪切性能、混凝土的多轴强度和本构关系、混凝土材料和结构的抗火性能等。在国内外学术杂志上发表论文六十余篇，曾获部委级科技进步二等奖和三等奖各两次。
目录前言概述上篇 基本强度和变形1 混凝土材料的特点1.1 非匀质、非等向的多相混合材料1.2 复杂的微观内应力（变形）状态1.3 变形的多元组成1.4 应力状态和途径对力学性能的巨大影响1.5 时间和环境条件对力学性能的影响2 中心抗压强度2.1 立方体和棱柱体抗压强度2.1.1 立方体抗压强度（fcu）2.1.2 棱柱体抗压强度（fpr）2.2 受力变形和破坏过程2.3 主要因素的影响2.3.1 强度等级（fcu）的影响2.3.2 水灰比和水泥用量的影响2.3.3 粗骨料的影响2.3.4 应变速度的影响2.3.5 试件高度的影响3 受压应力―应变全曲线3.1 试验方法3.1.1 实现稳定下降段曲线的条件3.1.2 两类试验方法3.1.3 液压千斤顶作为刚性元件的试验方法3.1.4 试件应变速度分析3.2 受压全曲线方程3.2.1 全曲线的几何特点3.2.2 分段的曲线方程3.2.3 参数值3.2.4 泊松比3.3 受压曲线方程的比较和分析4 不同混凝土的受压4.1 高强混凝土的受压4.2 轻骨料混凝土的受压4.3 加气混凝土的受压5 重复荷载作用5.1 试验的重复荷载过程5.2 强度和变形性能的比较5.3 包络线和共同点、稳定点的轨迹线5.3.1 包络线（EV）5.3.2 共同点轨迹线（CM）5.3.3 稳定点轨迹线（ST）5.4 卸载和再加载曲线的形状及其计算式5.4.1 曲线的一般形状及其机理5.4.2 卸载曲线5.4.3 再加载曲线6 偏心受压6.1 试验方法和一般受力规律6.1.1 试验方法6.1.2 一般受力规律6.2 计算偏心受压应力－应变全曲线的方法6.2.1 增量方程计算6.2.2 给定方程，拟合参数6.3 偏心受压应力－应变全曲线方程7 受拉7.1 试验方法和主要结果7.1.1 受拉全曲线的试验方法7.1.2 主要试验结果7.2 受拉破坏过程和应力－应变全曲线7.2.1 典型曲线和受力过程7.2.2 破坏特征一一与受压破坏的区别7.2.3 受拉全曲线方程7.3 偏心受拉7.3.1 主要试验结果7.3.2 偏心受拉应力－应变全曲线及其方程8 剪切8.1 合理的试验方法8.1.1 已有试验方法的分析8.1.2 等高梁四点受力试验8.2 抗剪强度8.2.1 变形和破坏过程8.2.2 抗剪强度分析8.3 剪应力－应变曲线和剪切模量8.3.1 剪应力－应变曲线和峰值剪应变8.3.2 受剪曲线方程和剪切模量下篇 多轴强度和本构关系9 多轴试验的设备和技术9.1 真三轴试验设备9.1.1 常规三轴试验9.1.2 真三轴试验9.2 试验技术措施9.2.1 优化承力系统的构造9.2.2 试件居中9.2.3 施加拉力9.2.4 消减试件表面摩擦9.2.5 量测应力和应变9.2.6 控制应力（变）试验途径9.2.7 标定单轴压、拉强度10 多轴强度和变形的一般规律10.1 二轴应力状态10.1.1 二轴压/压10.1.2 二轴拉/压10.1.3 二轴拉/拉10.2三轴应力状态10.2.1 常规三轴受压10.2.2 真三轴受压10.2.3 三轴拉/压10.2.4 三轴受拉10.3 不同种类和强度等级的混凝土10.3.1不同强度等级的混凝土10.3.2加气混凝土11 破坏机理和形态11.1 典型破坏形态11.1.1 拉断11.1.2 柱状压坏11.1.3 片状劈裂11.1.4 斜剪破坏11.1.5 挤压流动11.1.6 两种基本破坏形态11.2 不同破坏形态的应力范围12 破坏准则12.1 破坏包络面的特点和表达12.2 五参数幂函数准则12.2.1 基本公式12.2.2 参数值的确定12.2.3 与试验结果的比较12.3 多轴强度设计值12.3.1 按准则式的计算方法12.3.2 三轴抗压强度12.3.3 三轴拉/压和抗拉强度12.3.4 二轴包络线13 对已有破坏准则的评介13.1 古典强度理论简介13.1.1 最大拉应力理论13.1.2 最大拉应变理论13.1.3 最大剪应力理论13.1.4 统计平均剪应力理论13.1.5 Mohr－Coulomb理论13.1.6 Drucker－Prager理论13.2 混凝土破坏准则13.2.1 Bresler－Pister13.2.2 Willam－Warnke13.2.3 Ottosen13.2.4 Hsieh－Ting－Chen13.2.5 Kots0v0s13.2.6 Podgorski13.3 准则表达式的统一和基本形式13.4 各破坏准则的比较14 各类本构关系简介14.1 线弹性本构模型14.1.1 各向异性材料的本构模型14.1.2 正交异性材料的本构模型14.1.3 各向同性材料的本构模型14.2 非线弹性本构模型14.2.1 Ott08en本构模型14.2.2 Darwin－Pecknold本构模型14.2.3 Gerstle－Stank0wski耦合本构模型14.3 塑性理论模型14.4 其它力学理论模型15 非线弹性的正交异性本构模型15.1 已有本构模型的验算15.2 破坏形态和等效单轴应力－应变关系15.2.1 拉应力指标α和破坏形态的界分15.2.2 应力水平指标β15.2.3 等效单轴应力－应变关系15.3 基本方程和计算式15.3.1 正交异性材料的基本方程15.3.2 全量式本构模型15.3.3 增量式本构模型15.4 计算程序和结果15.4.1 计算框图15.4.2 多轴应力－应变的理论曲线16 非单调比例加载时的性能16.1 变应力途径的多轴受压强度16.1.1 变途径二轴受压16.1.2 定侧压三轴受压16.2 定侧压二轴受压的变形16.3 二轴受压应力重复作用16.3.1 比例加卸载16.3.2 定侧压加卸载参考文献
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第一图书网() @ 2017导读：动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响，摘要:利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土预先施加三轴压荷载历史,之后对经历荷载历，史的试件进行同应变率的单轴受压试验,研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的加，形态不同于单轴抗压的柱状破坏,而与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.经历三轴压荷载，关键词:大骨料混凝土;三轴压荷载历史;应变率;破坏形态;强度损伤中图分类号:TU，混凝土大坝、海
第54卷第5期
大连理工大学学报
JournalofDalianUniversityofTechnology
Vol.54,No.5Sept.2014
文章编号:14)05-0543-08
动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响
(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024)
施林林, 宋玉普*, 沈 璐, 王立成
摘要:利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土预先施加三轴压荷载历史,之后对经历荷载历
史的试件进行同应变率的单轴受压试验,研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的加且未达到材料的极限强度,但是大部分试件已产生了微裂缝和不可恢复σ3均加载至2.8fc,的变形.试验表明:在单轴受压试验中,大骨料混凝土破坏会沿着已有的裂缝继续发展,破坏历史后的大骨料混凝土的抗压强度随着侧压力的增加而降低,随着应变率的提高而提高.强度损失随着应变率的增加而减小,随着侧压力的增加而增加.
形态不同于单轴抗压的柱状破坏,而与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.经历三轴压荷载载速率(应变率为10-5~10-2s-1)和应力比荷载历史的关系.所有试验的三轴压荷载历史中
关键词:大骨料混凝土;三轴压荷载历史;应变率;破坏形态;强度损伤中图分类号:TU528.36
文献标识码:A
doi:10.7511/dllgxb
混凝土大坝、海上石油平台等混凝土结构,在服役期内,不仅受到静荷载的作用,还要受到风、浪、水流和强烈地震等动荷载的作用.在这些动荷载作用下,混凝土会产生裂缝,给结构带来一定的损伤.因此,对结构分析和设计而言,混凝土材料保养和修理而言,经历偶尔较大的动荷载历史,如罕遇地震后的混凝土材料力学性能研究则显得更加重要.
混凝土材料具有率敏感性,自1917年以来,
人们总结了影响混凝土率效应的各种因素,包括混凝土的静强度、含水量、温度、初始应力、骨料大小及含量、养护条件和龄期、试件几何尺寸、加载
形式和加载速率等.Bazant等7认为混凝土的率
效应主要由两部分组成:一是动荷载的惯性,另一个是混凝土内在黏性.另一些学者认为从裂纹的发展路径来看,混凝土的率效应主要是因为在动荷载下微裂缝发展路径改变,通过试件内部强度较高区域机会增加,所消耗的能量减少,使混凝土的宏观强度有所提高.
关于荷载历史的影响,Liniers8对混凝土试
动态力学性能的研究很重要;对于坝体结构使用、
件施加单轴受压荷载历史,再测量荷载历史对劈
、拉强度的影响.肖诗云等[Cook等10-11研究了
很多国内外学者对混凝土材料进行了各种力
学性能的动载试验研究和理论分析,包括混凝土动态单轴拉、压试验,多轴动态强度试验.Bischoff
等[总结了荷载速率对混凝土抗压强度影响的研4]究成果.对于大坝混凝土,美国垦务局[在[][]量试验,Hao等5、Wu等6对大骨料混凝土的动
混凝土试件分别经历受压和受拉荷载历史后,对
抗拉、抗压特性的影响.Meier等12用立方体试件
施加多轴荷载历史,再从中切取圆柱体核心做劈裂试验,研究在给定荷载情况下混凝土的损伤各
13]向异性问题.吕培印等[进行了混凝土从单轴到
Roosevelt坝、WarmSpring坝上钻孔取样进行大态力学性能进行了一些试验.根据这些试验结果,
多轴疲劳试验研究,研究混凝土在拉压、拉压压荷
14]载下等幅和变幅疲劳破坏.逯静洲等[研究了混
收稿日期:; 修回日期:.
:基金项目国家自然科学基金资助项目().
),),作者简介:施林林(男,博士生,宋玉普*(男,教授,博士生导师,1982-E-mail:;1944-E-mail:syupu@
凝土材料经历三向受压荷载历史后抗压强度的劣化特性和损伤特性.混凝土在单调三轴压荷载下,由于试验机能力的限制,很多试验很难出现下降段.不同于单轴的卸载再加载试验,混凝土在三轴压荷载下卸载,即使处在上升段,只要荷载大到一定水平,再加载其单轴抗压强度明显降低,有的试
15]验甚至发现材料解体现象[现有资料未发现针.
较为精确的位移控制和荷载控制,并能确保试验数据计入的完整性和精确性.每个方向的相对两侧上安放两个LVDT,来测量试件变形
对经历多轴动态荷载后的大骨料混凝土力学性能的试验报道.
在混凝土三轴受压试验中,应力比σ3∶σ1=
试验结果表明极限0.1时的极限强度试验较多,强度随中间应变的变化而变化,但一般为单轴抗
16]压强度的3倍左右[本文针对大骨料混凝土受.
(动三轴电液伺服试验机a)大型静、
到动态荷载如罕遇地震,在三向受压下受力接近极限强度后的材料力学性能进行研究.对经历三轴动态荷载历史后的大骨料混凝土进行动态单轴抗压试验,研究不同应变率和应力状态下多轴荷载历史对大骨料混凝土强度和破坏形态的影响.将材料经历荷载后的损伤与强度和应变能等指标联系起来,使损伤的物理意义更加明确,便于实际工程中应用.
图1 试验设备及试件安装
(b)试件安装
Fig.1 Thetestequipmentandsetupofspecimens
1 试验过程
1.1 试验设备
本试验采用大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的大型静、动三轴电液伺服试验机(见图1)该系统由电液伺服阀、全数字化的电子.控制系统、三向独立的加力架、每向两个液压缸共移传感器(及加载板等设备组成.其可以LVDT)进行应变率为10-6~10-1s-1的不同加载速率等级的单向、双向和三向加载试验.设备数据采集处理最小采集周期为2ms,作动器加载频率可达比例加载控制精度为1.可以实现12.0Hz,5%,荷载传感器、高精度位6个作动器、12台加载泵、
1.2 试件制备
普通硅酸盐水泥,吉林双辽市的一级粉煤灰;细骨料为中砂且细度模数大于2.粗骨料为表面粗7;糙、有棱角的石灰石;减水剂为大连建筑科学研究院的DK本次试验大骨料-6型萘系高效减水剂.混凝土试件采用250mm×250mm×80mm,
浇筑时混凝土按规定分层置入250mm的立方体,
试验室自制钢模中,用高频插入式振捣棒均匀振捣成型.在15~20℃的水中养护至48h后拆模,件进行尺寸和外观检查,放弃有严重尺寸和外观放置在自然环境中超过360d.试验前,对试90d,
混凝土的配合比见表1.由于最大骨料粒径为
试验采用大连小野田水泥有限公司的42.5R
Tab.1 Mixproportionofdamconcreteperm3
水泥质量/kg
粉煤灰质量/kg
砂子质量/kg
5~20mm442.5
石子质量/kg20~40mm442.5
DK-6减水剂质量/g
表1 每m3大骨料混凝土的配合比
施林林等:动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响
缺陷的试件.为减低试件表面水泥砂浆薄弱层对测量精度的影响,试验前对所有混凝土试件表面进行机械打磨.大骨料混凝土在不同应变率下的单轴抗压强度见表2.
和贯通最后形成宏观裂纹而导致材料的脆性破坏过程.在减摩方法的单轴压荷载下,裂缝平行于压应力开展延伸,并贯穿立方体试件,构成分离的短柱群而使试件破坏;而三向压荷载下,立方体试件
会出现V形斜裂缝的斜剪破坏[如图2所示,.
表Tab.2 大骨料混凝土的动态单轴抗压强度
2 Thedynamicstrenuniaxialgthofdamcomconcretepression
应变率/抗压强度/10-5s-1
10-40-3210
为减少试件表面与加载板之间的摩擦力对试验的影响,并注意负摩阻力的影响,选用塑料薄膜和甘油作为减摩措施层甘油.具体做法为在,在塑料布与试件受压面3层聚乙烯塑料薄膜间夹之间再涂21.3 试验过程
1层甘油,总共3层塑料布3层甘油.每个试件按两次加载完成件施加动态三轴压荷载,最大应力方向即.第一次加载:对试
σ3方向按给定控制应变率加载;σ1和σ2方向的荷载与σ3方向的荷载成一定比例,为被动的荷载控制加载,即保证加载过程三个方向的应力比恒定三轴应力比σ∶σ.设定的1∶0.50∶0.13、∶1∶0.σ2751分别为∶0.1、1∶1∶1.0.002∶5∶0.0.1,σ1、3方向位移控制应变率分别为10-2s-1,
共16种工况.试件在10-5三轴、1试0-4验、机10-3和上的安装见图材料静载单轴抗压强度的1.当σ3方向加载至3000kN,即达所有试验均2.在8倍后停止加载并立到刻卸载阶段,即未达到材料三向应力状态下的极限荷载.此时,应力-应变曲线上升第二次加载:对试件施加相同应变率的动态单轴.压荷载直至试件完全破坏三轴压荷载历史中的σ.单轴压荷载施加在原33方向个试件,
当发现离散性较大时增加试件数目.每种试验状态保证,确保试验数据的可靠性.
2 试验结果
2.1 破坏形态
混凝土的破坏是微裂缝群的扩展、延伸、连接
在施加动态三轴压荷载后,试件在σ2作用面上出现一至两条宏观的斜裂缝;图,不同于未经受荷载历史的单3为动态单轴受压后的试件破坏形态轴压荷载下的柱状破坏,其与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.图3表明在单轴加载过程中裂缝会继续扩展并成为最终破坏的控制裂缝
图Fig.22 The 施加动态三轴压荷载后试件的裂缝
afterdynamictriaxialcompression
图Fig.3 The3 动态单轴受压试件的破坏形态
compfailureression
modesunderdynamicuniaxial
混凝土在施加动态三轴压荷载后卸载,虽然没有达到三轴的极限强度,但是大部分已产生了较大不可恢复的变形,并且宏观上可见一至多条贯通裂缝和部分非贯通裂缝缝会部分闭合,但不会完全愈合.卸载后混凝土的裂,混凝土的破坏沿着既有的裂缝发展.再次施加单轴压荷载时.在低于10-1s-1的应变率作用下,随着应变率的提高,
混凝土裂缝产生和发展的时间变短,裂缝在遇到粗骨料阻挡时更多地穿过骨料,而不是粗骨料与水泥砂浆结合部位,从而提高了混凝土的强度.逯静洲等
变率对大骨料混凝土在单轴压荷载下极限强度的影响,可采用如下方程模拟:
对普通混凝土的试验结果表明第一次
加载产生的裂缝在第二次加载时有一部分是主动的,有一部分则是被动的.侧压力约束了混凝土内部微裂缝数量和宽度的发展,抑制一些裂缝的主动性,使其暂时成为被动裂缝.对于多轴应力状态下
、的试件,吕培印等[Fujikake等16的试验结果
式中:应变率为10-5s-1)和动fs、fd分别为静态(为回归参数,具体可见表4
态单轴抗压强度;动态应变率;εεωs、d分别为静、
表明,应变率不会改变混凝土试件的破坏形态2.2 经历荷载历史后的动态单轴抗压强度.
经历动态三轴压荷载历史后大骨料混凝土的
动态单轴抗压强度见表3.
表3 经历动态三轴压荷载历史后的大骨料
混凝土的动态单轴抗压强度
Tab.3 Theuniaxialstrencomgthofdamconcreteunderdynamic
compressionloadinpressionghistoraftery
dynamictriaxial
应变试件抗压强度/率/s-1编号
1∶0.25∶0.11∶0.MPa
2∶0.175∶0.11∶1.14.00∶00.10-5
4.4414.24平均
15.16.58.4.38.3173
15.414.114
13.4.86910-4
1平均316.18.6.15..56
2平均318.1.8.18.9419.83
18.439.1266
17.6.7.006.451
平均320.21.9491
21.5321.39
20.20.1101
20.17.图下,应变率对大骨料混凝土在单轴压荷载下极限4为相同的三轴应力状态荷载历史条件
强度的影响规律.荷载比例为0的是无荷载历史的动态单轴抗压强度.从图4中可以看出,混凝土的平均动态单轴抗压强度随着应变率的增加而增加,并且和应变率的对数之间近似呈线性关系.应
图Fig.4 The4 应变率对动态单轴抗压强度的影响
underinfluencedynamicofuniaxialthestraincomratepression
onthestrength
表Tab.4 Value4 回归参数和相关系数
correlativeofregcoefficient
ressiveparametersand
σ1∶σ2∶σ3
0.0.00.1∶0.250.∶0.50∶0.∶0.110.10..∶1.700∶0.5∶0.11
0.830.8873716
一般文献中,ω可定义为混凝土的动态强度增加系数.和无荷载历史的试验相比,有荷载历史的ω明显增大.以应变率10-5s-1时的准静态单轴强度为例,随着应变率的增加,无荷载历史的动态强度平均值分别提高了荷载历史中应力比为均值分别提1高∶0.12了2%5∶0.、20%1、时的单轴抗29%,三轴压强度平见,经历过动态三轴荷载历史的试件对应变率更
11%、24%、34%.可加敏感,强度增加也会更多.肖诗云等[17]对普通
混凝土经历单轴动态受压荷载历史后的动态抗压强度试验表明:混凝土动态抗压强度随着应变速率的增加而增加,荷载历史超过某一槛值后,混凝土抗压极限强度明显降低.
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