循環(huán)荷載作用下混凝土殘余應變特性研究

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變特性研究陳振華，梅世強，劉玲玲。(1武漢凱迪電力工程有限公司，430223；2三峽大學土木水電學院；3華中師范大學)摘要：對鋼纖維摻量為0、15％、2O％、25％、3O％的圓柱體混凝土試件進行了等應變增量循環(huán)加卸荷試驗，應變速率為103／s。試驗結果表明，在試驗開始的四次加卸載循環(huán)中，SFC25混凝

2、土在各再加載點處的殘余應變最小，其余的四種混凝土按鋼纖維摻量的增加，殘余應變依次減小。隨后的試驗中，五種混凝土的殘余應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)中的殘余應變在前四次循環(huán)中增加較快，而隨后的循環(huán)試驗中增加不明顯，基本保持在一定的數(shù)值。整個加卸載試驗過程中，五種混凝土在各次循環(huán)中的殘余應變隨鋼纖維含量的增加而降低。關鍵詞：鋼纖

3、維混凝土；循環(huán)加卸載；動態(tài)；殘余應變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：TU528572文獻標識碼：A文章編號：1000—4637(2010)03—48—040前言實際工程中，混凝土結構在其使用期內(nèi)承受著重復加一卸的疲勞荷載作用，這與混凝土在靜態(tài)或一般動態(tài)荷載作用下的情況有很大不同。文獻【1】表明，混凝土構件在軸心受壓荷載作用下的裂縫變形和強度性能，以及應力一應變曲線，對鋼筋混凝土抗震性能的強度、延性和恢復力特性有著直接的影響。目前，對混凝土在動態(tài)循環(huán)荷載作用下的試驗研究還比較少，主要集中在單

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

10、認同的與加載應力比無關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)律僅適基金項目：國家自然科學基金項目(50679039)、國家自然科學基金重大項目(90510017)、中國博士后基金項目(20060390832)。一48一用于等幅荷載控制下的試驗，并且對其與鋼纖維含量的關系研究還不充分。鑒于以上研究現(xiàn)狀，本文通過混凝土的等應變增量(△s=1xlO。)重復完全加一卸載試驗，對混凝土加一卸載過程中殘余應變隨加載歷程的規(guī)律進行了研究

11、，描述了中應變速率下普通混凝土與鋼纖維混凝土的殘余應變規(guī)律，得到了殘余應變關于加一卸載循環(huán)次數(shù)之間的關系式。1混凝土循環(huán)加載試驗11試樣制備試驗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計規(guī)程》(JGJ55—2000)以及《鋼纖維混凝土》(JG／T30641999)進行配合比設計與實際試配，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計試驗采用425R級普通硅酸鹽水泥；細骨料為河砂，細度模數(shù)

12、24，最大粒徑5ram，連續(xù)級配；粗骨料采用5~20mm連續(xù)級配的卵石；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)，鋼纖維長徑比為57(平均值)，抗拉強度≥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累積殘余應變表2再加載點的累積殘余應變中，SFC25鋼纖維混凝再加載點處的殘余應變最小，其他4種混凝土加一卸載點的殘余應變隨鋼纖維含量的增加而遞減，差異不明顯，說明試驗初始階段，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～卸載點的殘余應變隨鋼纖維含量的增大逐漸減小，從SFCI5到SFC30，最大殘余應變依次減少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)中新增的殘余應變隨試驗的進行迅速增大，當新

14、增殘余應變量達到0085％左右后，曲線大體上比較平緩，各循環(huán)中新增殘余應變以較小速度增加，局部會出現(xiàn)上下波動的現(xiàn)象，其中SFC20鋼纖維混凝土殘余應變增量波動較其他一50一表3單個加一卸載循環(huán)殘余應變增量N圖4殘余應變增量種類緩和，說明在動態(tài)荷載作用下，SFC20鋼纖維混凝土各循環(huán)中的殘余應變增量變化較其他4種摻量穩(wěn)定。(2)在整個加一卸載循環(huán)過程中，同次循環(huán)的5種混凝土殘余應變增量隨鋼纖維含量的增加整體呈遞減趨勢，局部出現(xiàn)跳越。對表2