混凝土动态抗压特性的试验研究

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发布时间：2021-09-17

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混凝土动态抗压特性的试验研究
孙吉书。窦远明。杨春风，李波
(河北工业大学土木工程学院，天津300401)
摘要：为了明确混凝土在动态荷载作用下的力学特性，应用MTS试验机，对C40混凝土在应变速率为10 -10 S 范围内进行单轴抗
压试验。系统研究了不同应变速率下混凝土的抗压强度、弹性模量、峰值应变等抗压力学特性，分析了混凝土抗压强度、弹性模量等与应变
速率之间的关系。试验结果表明：混凝土抗压强度、弹性模量随着应变速率的增加而增加，峰值应变、?自松比离散性比较大，受应变速率的
影响不明显。这些成果有助于掌握混凝土的动态力学特性及建立混凝土的动态抗压本构关系模型。
关键词：混凝土；力学特性；抗压强度；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(2011)07—0020—03
Experimental study on dynam ic compressive properties of concrete
SUN．／／一shu，DOU Yuan-ming，YANG (；hun—feng，LIBo
(School ofCivil Engineering，Hebei University ofTechnology，Tianjin 300401，China)
Abstract： hl order to investigate the mechanical properties of concrete un der dynamic loas，compressive experiments of concrete specimens
(C40)are carried out on MTS，with the uniaxial strain rate ranging from 10_5 S to 10_2 s～．The compressive properties ofconcrete under diferent
stain rates，which include compressive strength，elastic modulus，peak strain an d Poisson’S ratio，are studied systematically．The efect law of strain
rates on the compressive strength，elastic modulus and etc．of concrete are an alyzed．The test results indicate that the compresseive strength an d elastic
modulus ofconcrete would increase with the strain rate increasing．The discreteness ofpeak strain and Poisson’S ratio are larger．and the effeet
of strain rate on peak strain and Poisson's ratio ale not significant．These research achievements Can provide US witb a more accurate grasp of
concrete dynamic mechan ical properties and contribute to build the dyn amic compressive constitutive models ofconcrete．
Keywords： concrete；mechan icalproperty；compressive strength；strain rate；experimental study
0 引言
混凝土是世界上应用最广泛的建筑材料之一，混凝土结构
遍及建筑工程、水利工程、交通工程、地下工程等各个领域。混
凝土结构在工作过程中都会承受各种动态荷载的作用【1](如地震
荷载、爆炸荷载、风荷载等)。而混凝土的动态力学特陛与静载下的
力学特差别很大，并且混凝土的动态力学特l生往往会对结构工
程的安全性和可靠性起着决定性的作用。《水工建筑物抗震设计
规范规定：“除水工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％"o而我国现行GB 50010--2002(Q~
凝土结构设计规范》【3J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。显然，现行规范对混凝
土的动态力学特性描述比较笼统，缺乏实际的试验数据验证。
近年来，混凝土的动态特性越来越受到重视，也取得了一
些研究成果。如WatstcinN采用落锤装置对两种强度的素混凝土
试件进行了应变率从10~10 S 的单轴压缩试验，静态抗压强度
为17．4、45．1 MPa的两种混凝土，其动态抗压强度分别比静态抗
压强度提高了84％和85％，弹性参数也有所提高，混凝土峰值
收稿日期：2011_J01—18
基金项目：国家自然科学基金资助项目(50878073)
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应变比静载时应变略高；Jones和Richartt~试验研究了加载速率
对混凝土抗压强度与弹性参数的影响；肖诗云等分析了应变
速率对100 mmxlO0 mmx300 1111／1的棱柱体混凝土试件受压特
性的影响，进行了100 mmxlO0 mmxlO0 flnl C25立方体混凝
土试件在不同应变速率下的受压损伤试验，得出了其抗压强度
增加系数与应变率的对数近似呈线性关系的结论；闫东明[81对
600d龄期的C10、C20混凝土进行了动态压缩试验，也得出了抗
压强度随应变速率的增加而增大的结论。同时，由于试验设备
和试验方法的不同，不同的研究人员得出的结论不尽相同。尤其
是混凝土的抗压特性会受到龄期、设计强度、试件尺寸、养护条
件等多种因素的影响，需要进行多种强度、不同龄期的混凝土
动态抗压特性试验，以便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，保证结构的稳定与安全。本试验
将系统研究不同应变速率下C40混凝土的抗压力学特性。
1 试验概况
1．1 试验设备
本试验采用美国MTS．810NEW 液压伺服试验机进行加
载，其施加最大压力为65 t。为了能够满足本试验的刚度要求，在
加载装置上沿试件的受力方向并联一套蝶形弹簧，使试件和蝶