第３４卷第１期 河北联合大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１ ２０ １ ２年１月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｔｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｊａｎ．２０１２ 文章编号：２０９５－２７１６（２０１２）０１－００６７－０４ 应变速率对Ｃ２０混凝土的影响 邢峻伟，张玉敏，宋珂，郝泽静 （河北联合大学河北省地震工程研究中心，河北唐山０６３００９） 关键词：Ｃ２０；混凝土；应变速率；单轴抗压 摘要：简要介绍了应变速率与Ｃ２０混凝土关系研究。主要是考虑应变速率下单轴抗压的本 构关系实验研究，探索分析其中应变速率对混凝土内部结构相关机理参数影响及应变速率对 Ｃ２０混凝土的影响，为今后建筑工程领域作出贡献。 中图分类号：ＴＵ３１１．４文献标志码：Ａ 混凝土是一种胶凝的物质材料，可以依据不同的要求和性能进行配合，最终成为稳定固结状态且内部复 杂的材料，可以表现出良好的材料性能。在现代的建筑物和构筑物中，时刻都离不开混凝土的浇注，作为它 们结构当中的一部分，并且不容小觑，它在结构稳定性及其它方面起着很重要的作用。建筑物和构筑物不是 始终处于静态，时常会由于地震、冲击、爆炸等特殊原因产生动态影响，这就要求我们熟悉混凝土动态的特 性。动态作用下，混凝土特性主要通过应变速率对混凝土内部机构机理参数影响进行研究 。 ’ １ 简 介 在以往的单轴抗压试验中，对已采集的实验数据进行整理和分析，探讨混凝土在考虑应变速率下单轴的 抗压试验中内部结构及机理参数的变化规律，从混凝土的本构关系中作出相应的论证 。单轴实验主要从 抗压强度、峰值应变、弹性模量及应力应变的变化趋势进行分析 ＇ 。 试验采用电液伺服试验系统，对尺寸为７０ｍｍ×７０ｍｍ×２１０ｒａｍ棱柱体预设计强度Ｃ２０混凝土进行加载试 验，采用四种加载速率为１ＯＩ２／ｓ、１０ ／ｓ、１０ ／ｓ和１Ｏ ／ｓ，实验强度分别为１５．８ＭＰａ、１５．２ＭＰａ、１４．２ＭＰａ和 １５．６ＭＰａ。通过采集设备保存的数据，进行数据的整理与分析，研究混凝土的本构关系及内部结构机理 ’ 。 ２ 数据分析 从采集的数据中取加载速率为ｌ０Ｉ２／ｓ时应变片的变化规律，通过对应变片与（包含应变片的粘贴位置） 轴力采集的数据可以统计应变片一轴力的关系曲线，如图１所示。由图１可以看出，当轴力由零开始加载， 应变片值随轴力的上升会逐渐升高，升高到最大值后应变片值趋于下降，直至应变片被破坏。 Ｉ口 童 蓉 ： － ａ ａ ａ 口 口ａ口 砬变片值（ｕｅ） 图１应变片应力的变化及应变片位置 收稿日期：２０１１－０６－０２ ６８ 河北联合大学学报（自然科学版） 第３４卷 在不同加载速率下的单轴试验中，通过作动器的力传感器采集的数据，计算处理得到不同加载速率下的 抗压强度及均值，如表１所示。加载速率与单轴抗压强度的关系如图２所示。由图２可以看出，抗压强度的 样本值离散性较大，规律性较差。但总体上抗压强度的平均值随加载速率的提高呈上升趋势（加载速率由 ｌ０一 ／ｓ至１０ ／ｓ）。 通过应变片采集数据的统计分析，确定单轴实验中峰值应变的样本值和其平均值，如表２所示。峰值应 变与加载速率的关系如图３所示。由图３可以看出，不同的加载速率下混凝土的峰值应变样本点的分布纷 杂，规律性较差。而混凝土峰值应变的平均值随加载速率的升高而呈现出先升高后降低的趋势。加载速率 由１０－５／ｓ至１Ｏ ／ｓ时，峰值应变值呈上升趋势并变化明显；而加载速率由ｌ０ ／ｓ至ｌＯ ／ｓ时，峰值应变值 急剧降低。 表１不同加载速率下抗压强度值及均值 图２抗压强度与应变速率的关系 图３应变速率对峰值应变的影响 表２不同加载速率下峰值应变值及均值 由于在塑性阶段后混凝土初始弹性模量的变化不能完全反映应力～应变曲线的变化规律，加之试验数 据存在离散性及精确测量的限制，所以通常会采用变形模量或切线模量影像应力一应变关系＿４ Ｊ，并取４０％ ６０％峰值应力的割线模量作为弹性模量【５’ 。通过实验中力传感器（轴力）和位移应变的采集的数据，确 一定５０％峰值应力处的割线模量值作为弹性模量，弹性模量及其平均值如表３所示。而Ｃ２０混凝土弹性模量 随加载速率的变化规律如图４所示。由图４可以看出，混凝土弹性模量随加载速率的上升，整体呈下降趋 势。混凝土弹性模量的平均值随加载速率由１０ ／ｓ至ｌＯＩ４／ｓ时，呈下降趋势，变化十分明显；由ｌＯＩ４／ｓ至 ｌＯ ／ｓ时弹性模量的均值变化不大。总之，单轴抗压实验中混凝土弹性模量的数值及平均值随加载速率升 高整体趋势下降。 经加载速率下混凝土单轴抗压实验，对作动器中力传感器得到的轴力和位移应变器采集的数据，作出了 不同加载速率下应力应变曲线。在１０ Ｉ２／ｓ、１Ｏ－３／ｓ、１０ ／ｓ和１Ｏ ／ｓ加载速率下，四块试件的应力应变曲线 第１期 邢峻伟，等：应变速率对Ｃ２０混凝土的影响 ６９ 如图５、图６、图７和图８所示。这些应力应变曲线可以体现出混凝土在动态过程中的力学性能及内部机理 参数的变化规律。 表３不同加载速率下弹性模量至及均值（１０ Ｎ／ｍｍ ） 一。目声ｏｉ）ｍ 融 应变遵率（，ｓ） 图４混凝土弹性模量与应变速率的关系 １．０ Ｏ．Ｏ 图５加载速率为１０ ／ｓ的应力应变曲线 图６加载速率为１０ ／ｓ的应力应变曲线 图７加载速率为１０ ／ｓ的应力应变曲线 图８加载速率为１Ｏ ／ｓ的应力应变曲线 ７０ 河北联合大学学报（自然科学版） 第３４卷 在单轴抗压的试验中，应力应变曲线可以反映出混凝土由初始受压直至出现裂纹、裂缝、起皮甚至到最 后贯通被压坏等一系列的破坏过程。曲线的变化规律可以反映混凝土受压破坏机理及变形行为，包含曲线 上升段和下降段表现的混凝土破损中出现的现象和 昆凝土的动力特性及材料的内部机理参数 。 将四块试样样本取均值后统计出不同加载速率下应力应变曲线如图９所示。由图９可以看出，随应变 增加，混凝土应力值快速增加并达到峰值，之后快速降低；而且加载速率越低，混凝土的应变峰值出现的越 早。本研究中，混凝土在加载速率为ｌＯ ／ｓ、１０。／和１０－５／ｓ时峰值应力值相近，加载速率为ｌ０－４／ｓ时峰值 应力较低，这表明应力随应变的变化在不同的加载速率下会有不同的表现形式。 图９不ｌ司加载速率Ｆ混凝土的应力应变曲线 ３ 结 论 （１）单轴实验实验研究了Ｃ２０混凝土性能随加载速率的变化规律：抗压强度均值在加载速率由１０Ｉ５／ｓ 至１Ｏ ／ｓ时稍有上升；峰值应变均值在加载速率１Ｏ ／ｓ至１０ ／ｓ时呈先上升后下降的趋势；弹性模量主体 呈下降走势，而均值在加载速率１Ｏ ／ｓ至１０ ／ｓ时下降十分明显，之后变化不大。 （２）通过Ｃ２０混凝土应力应变曲线的确定，分析了Ｃ２０混凝土的动态力学性能，单轴抗压实验表明，Ｃ２０ 混凝土在不同的加载速率下应力应变曲线动态力学性能会有不同的表现形式。 参考文献： ［１］过镇海，时旭东．钢筋混凝土原理和分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５． ［２］董毓利，谢和平，赵鹏．不同应变速率下混凝土受压全过程的实验研究及其本构关系［Ｊ］．水利学报．１９９７，（７）：７２－７７ ［３］ 肖诗云，林皋，逯静洲，等．应变率对混凝土抗压特性的影响［Ｊ］．哈尔滨建筑大学学报，２００２，３５（５）：３５－３９． ［４］ 尚仁杰．混凝土动态本构行为研究［Ｄ］．大连：大连理工大学，１９９４． ［５］崔延卫．混凝土动力特性试验研究方法分析及其应用［Ｄ］．南京：河海大学，２Ｄ０５． ［６］闰东明．混凝土动态力学性能试验与理论研究［Ｄ］．大连：大连理工大学，２００６． Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｓｔｒａｉｎ Ｒａｔｅ ｏｎ Ｃ２０ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ＸＩＮＧ Ｊｕｎ．ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕ—ｍｉｎ，ＳＯＮＧ ｋｅ，ＨＡＯ Ｚｅ－ｊｉｎｇ （Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｔｅｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ Ｈｅｂｅｉ ０６３０ｏ９，Ｃｈｉｎａ） Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃ２０；ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ａｎｄ Ｃ２０ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｈｅｍｅ ｉｓ ｔｈａｔ ｅｘｐｅｒｉ— ｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｕｎｉａｘｉａｌ ｌｏａｄｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｕｎｄｅｒ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｅｓ．Ｗｅ ｓｈｏｕｌｄ ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｐｒｏｂｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｕｌｅ，ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｉｓ ｔｈａｔ ｗｅ ｗａｎｔ ｔｏ ｃｏｎ— ｔｒｉｂｕｔｅ ｔｏ ｔｌ１ｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ．