不同应变速率下混凝土单轴受拉特性试验研究

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发布时间：2021-09-06

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不同应变速率下混凝土单轴受拉特性试验研究
孙吉书，窦远明，李岩峰，王继兴
(河北工业大学土木工程学院，天津30040 1)
摘要：混凝土结构在使用过程中均会受到动态荷载作用，混凝土的动态力学特性与静态情况下有很大的不同。应用MTS试验机，对
C45混凝土在应变速率为10 5-10t S 范围内进行单轴动态拉伸试验，全面系统的介绍r混凝土动态受拉试验设备和试验方法。系统研究了
不同应变速率下混凝土的抗拉强度、弹性模量、峰值应变等抗拉力学特性，并给出了不同应变速率下混凝土抗拉强度、弹性模量的计算公
式。试验结果表明：混凝土抗拉强度、峰值应变随着应变速率的增加而增加，泊松比离散性比较大，增加趋势不明显。这些成果可以为混凝
土结构的动态设计提供一定的理论基础和技术参数。
关键词：混凝土；抗拉特性；应变速率；试验研究
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(201 1)06—0049—03
Experimental study on the tensile properties of concrete under diferent strain rates
SUN Ji—shu，DOU Yuan—ming，LI Yah—feng，W ANG Ji-xing
(School ofCivil Engineering，Hebei University ofTechnology，Tianjin 300401，China)
Abstract： Concrete structures unevitably are subjected to dynamic loads The mechanical properties ofconcrete under dynamic loads difer from
that under static loads greatly．Dynamic direct tensile tests ofconcrete specimens(C45)are carried out on MTS，with the uniaxial strain rate ranging
from 10一 S一 to 10 S-I．Test equipment and test method under dyn amic loads are introduced The tensile properties ofconcrete under diferent stain
rates，which include tensile strength，elastic modulus and peak strain，arc studied systematically The formulas which can describe the change law
ofthe tensile stren【gth and elastic modulus ofconcrete under diferent the strain rates are proposed The test results show that the tensile strength，e—
lasticmodulusandpeak strain ofconcretewouldincreasewiththe strain rateincreasing．The discreteness ofPoisson’S ratioislarger．Andit hasnot
obviously increasing trend with the strain rate increasing．The stress—strain curves under dynamic tensile loads is similar as that under static loads．
These research achievements can provide US with some technical parameters and theoretical basis for the dynamic design ofconcrete structure．
Key words： concrete；tensile property；strain rate；experimental study
0 引言
混凝土是应用最为广泛的建筑材料之一，混凝土结构在工
作过程中都不可避免的要承受各种动态荷载的作用，如地震、爆
炸荷载、高层建筑和桥梁要承受的风荷载、海岸及海洋平台受
到的海水冲击、混凝土路面承受车轮的冲击等【】1。而混凝土在动
力荷载作用下的力学特性与静荷载下的特性具有很大的差别，
往往混凝土在动态荷载作用下表现出来的性能在一定条件下
对结构的安全性设计和可靠性设计起着决定性的作用，尤其是
混凝土的动态受拉特性往往在地震作用时决定着结构的安全。
由于试验设备及试验技术的限制，人们对混凝土动力抗拉试
验研究得较少『21。并且由于试验方法、试验设备的不同，以及试
验数据的离散性，不同的研究人员会得出不同的结果。Birkimed，]
认为当应变率为20 S- 时，混凝土抗拉强度增加了50％，当应变率
为23 S 时，抗拉强度则增加了63％。David等人 ]应用Hopkinson
压力棒对混凝土进行了直接拉伸试验，发现当应变率为17．8 时，
混凝土动态抗拉强度是准静态抗拉强度的6．47倍。闫东明等6I
通过直接拉伸试验，得出了CIO、C20两种强度}昆凝土在应变率
收稿日期：2010—12—30
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50878073)
10 5-10。S 范围内，应变率每增加一个量级，抗拉强度约增加
13．4％，弹性模量也有所增加。Paul等人对混凝土进行了动力
抗拉试验，发现混凝土的峰值应变与应变率无关。Ahmad等人【
进行的动态试验中，得出当应变率为3x10 S 时，峰值应变比静
态荷载时增加了20％。我国现行《水工建筑物抗震设计规范》嘲
规定：“除水丁钢筋混凝土结构外的混凝土水工建筑物的抗震
强度计算中，混凝土动态强度和动态弹性模量的标准值可较其
静态强度提高30％；混凝土动态抗拉强度的标准值可取为动态
抗压强度标准值的10％”。而GB 50010-2002(混凝土结构设
计规范》㈣只给出了混凝土在静态荷载下的强度和本构关系，也
没有考虑动态荷载的影响。因此，进行不同应变速率下混凝土
的抗拉强度试验，对于明确混凝土的动态力学特性，完善单轴
应力状态下的动态本构关系，促进混凝土结构的动态设计、保
证结构安全具有重要的意义。
1 试验概况
1．1 试验设备
本试验采用美国MTS一810NEW 液压伺服试验机。该设备