混凝土单轴受压时的徐变损伤研究

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发布时间：2021-09-17

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混凝土单轴受压时的徐变损伤研究
刘国军，杨永清，郭凡，李晓斌
(西南交通犬学土木工程学院，四川成都610031)
摘要：混凝土徐变是指混凝土在持续应力作用下，应变随时间而持续增长的特性。一般认为，混凝土徐
变产生的主要原因包括混凝土裂纹的扩展和水泥浆体的蠕变。应力水平较低时，混凝土的徐变以水泥
浆体的蠕变为主；应力较高时，徐变由水泥浆体的蠕变和混凝土材料内部的损伤两者构成。本文研究了
线性徐变、非线性徐变、破坏徐变等的变形特征，以及混凝土在持续高应力作用下的损伤徐变规律，给出
了简化的徐变损伤度曲线。该损伤度曲线比较直观地给出了在不同持续应力值下混凝土内部损伤的演
变规律，可为混凝土材料的损伤机理研究提供一定的参考。
关键词：非线性徐变损伤曲线
中图分类号：TU528．01 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2012．12．47
变形的时效性是混凝土的重要特性时效性是指
变形是时间的函数，变形随着时间的发展而逐渐变化
的性质。这种时效性包括两个方面的变形特性⋯ ：一
是硬化水泥浆体长期蠕变产生变形，这部分变形不对
混凝土材料造成损伤；二是随着变形发展，材料内部的
损伤不断地发展，混凝土内部裂纹不断扩展。混凝土
的徐变在应力水平较低时，以水泥浆体的蠕变为主；而
当应力较高时，以混凝土材料内部的损伤为主。
对混凝土徐变的研究表明：混凝土持续应力较
低时(小于0．4～0．5倍混凝土强度)，徐变和应力呈
线性关系；混凝土持续应力较大时(大于约0．5倍的
混凝土强度)，应力和应变之间将不再保持线性关系。
高虎等开展了混凝土双轴压缩徐变试验，测定
了多轴混凝土徐变试件的强度，比较了同龄期混凝土
的受力强度，研究了混凝土在双轴压缩应力下微观切
片的裂缝发展情况，认为低应力水平以下压缩徐变试
件强度并不降低，其压缩徐变变形不以试件的损伤为
代价。
当持续应力超过0．4～0．5倍的混凝土极限强度
后，处于非线性徐变阶段。该阶段混凝土内部的初始
微裂缝开始逐渐扩展，并将产生新的微裂缝，故非线性
徐变特性和线性徐变有本质的区别，此时的徐变速率
将变大。因此，单位应力作用下徐变度函数，与线性徐
变明显不同。
对混凝土持续高应力状态下的徐变研究一发现
收稿日期：2012-02-27；修回日期：2012-09-10
作者简介：刘国军(1980一)，男，湖北仙桃人，工程师，博士研究生。
各种混凝土的长期强度约为瞬时强度的0．75—0．85
倍，当长期持续的应力值高于长期强度时，混凝土产生
徐变破坏。
1 ．非线性徐变的机理
在高应力作用下，混凝土非线性徐变的原因是混
凝土材料内部裂纹不断扩展。主要特征为：
1)非线性徐变阶段，混凝土既有微裂缝进一步扩
展，因而徐变损伤相对于瞬时损伤有所增加，徐变损伤
的演变又造成徐变值增加。当持荷应力超过混凝土的
长期强度(约为0．8倍的混凝土强度)后，裂缝扩展迅
速，徐变损伤的不稳定扩展将造成破坏。
2)徐变损伤分为界面裂缝的损伤和砂浆裂缝的
损伤。当应力水平低于长期强度时，砂浆裂缝可忽略
不计，此时徐变变形值是收敛的；当应力高于长期强度
时，砂浆裂缝不断扩展，导致徐变损伤变形值发散，在
短时间内将使材料破坏。
2 徐变损伤应变研究
林南熏等建立了非线性徐变方程，混凝土的非
线性徐变采用总应力函数，(or)计算，其表达式为
86 (t，r)= or) (t， ) (1)
式中，是混凝土的极限强度； (t，7．)是徐变度。当
or <R／2时，．厂( )：or。
混凝土的徐变由可逆徐变b和不可逆徐变c组
成，可表示为