循環(huán)荷載作用下混凝土殘余應(yīng)變特性研究

1、2010年第3期6月混凝土與水泥制品CHINAC0NCRETECEMENTPR0DUCTS20lONo3June循環(huán)荷載作用下混凝土殘余應(yīng)變特性研究陳振華，梅世強(qiáng)，劉玲玲。(1武漢凱迪電力工程有限公司，430223；2三峽大學(xué)土木水電學(xué)院；3華中師范大學(xué))摘要：對(duì)鋼纖維摻量為0、15％、2O％、25％、3O％的圓柱體混凝土試件進(jìn)行了等應(yīng)變?cè)隽垦h(huán)加卸荷試驗(yàn)，應(yīng)變速率為103／s。試驗(yàn)結(jié)果表明，在試驗(yàn)開始的四次加卸載循環(huán)中，SFC25混凝

2、土在各再加載點(diǎn)處的殘余應(yīng)變最小，其余的四種混凝土按鋼纖維摻量的增加，殘余應(yīng)變依次減小。隨后的試驗(yàn)中，五種混凝土的殘余應(yīng)變隨鋼纖維含量的增加而減小，各種鋼纖維混凝土的總殘余應(yīng)變按鋼纖維含量較依次減少00929％、O095％、00355％、01469％。各加卸循環(huán)中的殘余應(yīng)變?cè)谇八拇窝h(huán)中增加較快，而隨后的循環(huán)試驗(yàn)中增加不明顯，基本保持在一定的數(shù)值。整個(gè)加卸載試驗(yàn)過程中，五種混凝土在各次循環(huán)中的殘余應(yīng)變隨鋼纖維含量的增加而降低。關(guān)鍵詞：鋼纖

3、維混凝土；循環(huán)加卸載；動(dòng)態(tài)；殘余應(yīng)變Abstract：Theequidifferentstrainincrementalcyclicloadingandunloadingtestswiththestrainratesat10|saretakenforthecylinderconcretesampleswiththesteelfibercontentofO％、15％、20％、25％、30％Thetestresultsshowthatint

4、heinitialfourcyclicloadingandunloadingtests，residualstrainsatthereloadingpointsofsteelfiberconcreteof25grade(SFC25)areleastinfivekindsofconcreteandtheresidualstrainsofotherfoHrconcretearedecreasdwiththeincreaseofsteelfib

5、ercontentInthefollowingtests，theresidualstrainsoffivekindsofconcretearedecreasedwhilethesteelfibercontentisincreased，andthetotalresidualstrainsofthefivekindsofsteelfiberconcretearedecreasedinturnby00929％、O095％、00355％、014

6、69％，whichcomparewiththeformeronesatlastTheresidualstrainsofeachcycleareincreasedrapidlyininitialfourcyclicloadingandunloadingtests，theninthefollowingtests，theresidualstrainsareincreasednotclearlyandkeepataconstantvalueTh

7、eresidualstrainsoffivekindsofsteelfiberconcreteineachloadingandunloadingcyclearedecreasedasthesteelfibercontentareincreasedinthewholetestprocessKeywords：Steelfiberconcrete；Cyclicloadingandunloading；Dynamic；Residualstrain

8、s中圖分類號(hào)：TU528572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—4637(2010)03—48—040前言實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)在其使用期內(nèi)承受著重復(fù)加一卸的疲勞荷載作用，這與混凝土在靜態(tài)或一般動(dòng)態(tài)荷載作用下的情況有很大不同。文獻(xiàn)【1】表明，混凝土構(gòu)件在軸心受壓荷載作用下的裂縫變形和強(qiáng)度性能，以及應(yīng)力一應(yīng)變曲線，對(duì)鋼筋混凝土抗震性能的強(qiáng)度、延性和恢復(fù)力特性有著直接的影響。目前，對(duì)混凝土在動(dòng)態(tài)循環(huán)荷載作用下的試驗(yàn)研究還比較少，主要集中在單

9、級(jí)或多級(jí)等幅加一卸載的試驗(yàn)研究。另外，鋼纖維混凝土作為一種新興的建筑材料已被廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的共同關(guān)注，作為一種更復(fù)雜的多相材料，對(duì)其內(nèi)部細(xì)觀微裂紋發(fā)展到宏觀裂縫的破壞損傷過程一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。隨著損傷力學(xué)的引入，混凝土損傷的研究取得了一定的成果”1，其中，混凝土在重復(fù)加一卸載作用下的疲勞變形倍受學(xué)者們的關(guān)注【2^21。一些學(xué)者認(rèn)為，殘余塑性變形規(guī)律實(shí)質(zhì)上反映出材料的損傷演化規(guī)律1381，得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍

10、認(rèn)同的與加載應(yīng)力比無(wú)關(guān)的混凝土等幅疲勞損傷(變形)發(fā)展三階段規(guī)律閻，但該規(guī)律僅適基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(50679039)、國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目(90510017)、中國(guó)博士后基金項(xiàng)目(20060390832)。一48一用于等幅荷載控制下的試驗(yàn)，并且對(duì)其與鋼纖維含量的關(guān)系研究還不充分。鑒于以上研究現(xiàn)狀，本文通過混凝土的等應(yīng)變?cè)隽?△s=1xlO。)重復(fù)完全加一卸載試驗(yàn)，對(duì)混凝土加一卸載過程中殘余應(yīng)變隨加載歷程的規(guī)律進(jìn)行了研究

11、，描述了中應(yīng)變速率下普通混凝土與鋼纖維混凝土的殘余應(yīng)變規(guī)律，得到了殘余應(yīng)變關(guān)于加一卸載循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系式。1混凝土循環(huán)加載試驗(yàn)11試樣制備試驗(yàn)所用混凝土試件水灰比為05，以鋼纖維含量為變量，依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ55—2000)以及《鋼纖維混凝土》(JG／T30641999)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)與實(shí)際試配，確定鋼纖維混凝土各組成材料的用量。(1)材料的選擇與配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)采用425R級(jí)普通硅酸鹽水泥；細(xì)骨料為河砂，細(xì)度模數(shù)

12、24，最大粒徑5ram，連續(xù)級(jí)配；粗骨料采用5~20mm連續(xù)級(jí)配的卵石；鋼纖維采用武漢某鋼纖維廠生產(chǎn)的剪切型鋼纖維，規(guī)格為SFB32(I)，鋼纖維長(zhǎng)徑比為57(平均值)，抗拉強(qiáng)度≥380MPa，9O。彎折不2010年第3期混凝土與水泥制品總第l73期N圖3累積殘余應(yīng)變表2再加載點(diǎn)的累積殘余應(yīng)變中，SFC25鋼纖維混凝再加載點(diǎn)處的殘余應(yīng)變最小，其他4種混凝土加一卸載點(diǎn)的殘余應(yīng)變隨鋼纖維含量的增加而遞減，差異不明顯，說明試驗(yàn)初始階段，SFC

13、25鋼纖維混凝土中的鋼纖維能更好的發(fā)揮其阻止裂紋發(fā)展的性能。在經(jīng)歷隨后的各次加一卸載循環(huán)后，各種混凝土的殘余變形差異逐漸明顯，加～卸載點(diǎn)的殘余應(yīng)變隨鋼纖維含量的增大逐漸減小，從SFCI5到SFC30，最大殘余應(yīng)變依次減少00929％、0095％、00355％、01469％，說明鋼纖維具有阻止混凝土內(nèi)部裂紋發(fā)展的能力。從表3和圖4可以看出：(1)在開始的四次加一卸載循環(huán)中，5種混凝土各加一卸載循環(huán)中新增的殘余應(yīng)變隨試驗(yàn)的進(jìn)行迅速增大，當(dāng)新

14、增殘余應(yīng)變量達(dá)到0085％左右后，曲線大體上比較平緩，各循環(huán)中新增殘余應(yīng)變以較小速度增加，局部會(huì)出現(xiàn)上下波動(dòng)的現(xiàn)象，其中SFC20鋼纖維混凝土殘余應(yīng)變?cè)隽坎▌?dòng)較其他一50一表3單個(gè)加一卸載循環(huán)殘余應(yīng)變?cè)隽縉圖4殘余應(yīng)變?cè)隽糠N類緩和，說明在動(dòng)態(tài)荷載作用下，SFC20鋼纖維混凝土各循環(huán)中的殘余應(yīng)變?cè)隽孔兓^其他4種摻量穩(wěn)定。(2)在整個(gè)加一卸載循環(huán)過程中，同次循環(huán)的5種混凝土殘余應(yīng)變?cè)隽侩S鋼纖維含量的增加整體呈遞減趨勢(shì)，局部出現(xiàn)跳越。對(duì)表2