張明虎 馬映昌

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院 寧夏銀川 750001）

1 引言

混凝土是目前已廣泛應(yīng)用的建筑材料，是房屋、軍事、機場跑道等最主要建筑材料。實際使用中，混凝土除了承受靜載荷外，有時會承受急劇作用的動載荷，如爆炸、飛機降落到跑道和地震等。而當(dāng)下在混凝土結(jié)構(gòu)的抗震計算中，都只將混凝土靜態(tài)數(shù)值提高一定的百分比來作為動態(tài)參數(shù)[1]。忽視了荷載的多變性，顯得過于粗糙。對于沖擊試驗的研究，Abrams[2]于1917年進行動載試驗發(fā)現(xiàn)了混凝土的敏感性，拉開了混凝土動態(tài)性能研究的帷幕。

2 動載試驗對軸向壓縮的影響

2.1 動態(tài)單軸抗壓

大量試驗表明：混凝土單軸抗壓強度在沖擊作用下，有所增強，并且隨著應(yīng)變率的增長，提高的趨勢也變大，同時離散性也有所上升，由于離散性的影響，關(guān)于多大加載速率才引起強度的提高目前還沒有統(tǒng)一的結(jié)論。因為混凝土受各種因素的影響，如養(yǎng)護環(huán)境、實驗儀器、幾何尺寸與試件形狀等因素，產(chǎn)生了各試驗結(jié)果的差異。文獻[3]進行了落錘試驗，抗壓強度分別了提高84%和85%。張玉敏[4]進行試驗發(fā)現(xiàn)強度提高的幅度約在1～33%。張玉敏[4]指出存在一個臨界應(yīng)變率，當(dāng)應(yīng)變率高于某定值后，相應(yīng)的抗拉和抗壓強度都有較大比重增大。并其論文中擬合出抗壓強度的臨界應(yīng)變率大約是40s-1。對于應(yīng)變率引起混凝土強度增大的原因，學(xué)者們有不同的推論，普遍認(rèn)為是由于砂漿存在的微小裂縫當(dāng)應(yīng)變率增加時，擴展較慢，使彈性模量較大的骨料破裂。應(yīng)變率越大，強度較大的骨料破壞面積增加，使混凝土強度增強。有的學(xué)者認(rèn)為因為砂漿的柔韌性造成的。

2.2 動態(tài)雙軸抗壓

總結(jié)資料得到比較一致的結(jié)論：混凝土動態(tài)雙軸受壓的抗壓強度要高于單軸的。對于當(dāng)前比較常用的定側(cè)壓和比例加載兩種不同應(yīng)力路徑的雙軸實驗方法，側(cè)應(yīng)力水平應(yīng)力比和應(yīng)變率均對動態(tài)強度有影響。文獻[5]建立了同時考慮應(yīng)變速率和應(yīng)力比影響的統(tǒng)一雙軸比例抗壓動態(tài)破壞準(zhǔn)則。對于最大強度處應(yīng)力比的數(shù)值，目前還沒有一致結(jié)論。文獻[5]發(fā)現(xiàn)最大抗壓強度發(fā)生在應(yīng)力比為0.75時，而文獻[6]顯示強度最高時，應(yīng)力比為0.5，文獻[7，8]的試驗顯示雙軸強度最大處在應(yīng)力比為0.25時，文獻[8]還進一步測試了不同減磨方法，得到最大應(yīng)力比從0.762減小到0.246。造成差異結(jié)論的原因還需要研究。

2.3 動態(tài)三軸抗壓

由于多軸受力所需設(shè)備的復(fù)雜性，目前三軸動載試驗進行的并不多，從僅有的資料來看，三軸受壓情況下，抗壓強度隨著應(yīng)變率以及圍壓的增加而上升。但學(xué)者們對于應(yīng)變率與圍壓之間的影響未產(chǎn)生一致結(jié)論。Chen[9]進行了圓柱形試件的三軸動載試驗，試驗表明強度隨著應(yīng)變率和圍壓的增加而增加，但是他認(rèn)為應(yīng)變率和圍壓沒有相互影響。而文獻[5]通過實驗得出，混凝土三軸抗壓強度隨著圍壓的增加而增強。當(dāng)圍壓值較大時，增強趨勢有所下降。當(dāng)圍壓值大于混凝土的單軸強度時，不考慮應(yīng)變率對三軸動態(tài)抗壓強度的影響。姚家偉[10]進行應(yīng)力比不同的三軸抗壓試驗，指出破壞形態(tài)與應(yīng)力比有很大的關(guān)系，并得出三軸抗壓條件下混凝土的破壞準(zhǔn)則：

f0為混凝土單軸抗壓強度，σotc和τotc分別為八面體正應(yīng)力和剪應(yīng)力。

3 結(jié)論與展望

目前在混凝土動態(tài)性能實驗研究中多軸實驗較少，但現(xiàn)實中混凝土結(jié)構(gòu)所受多是復(fù)雜應(yīng)力，所以迫切需要大量復(fù)雜應(yīng)力下混凝土動載試驗研究資料?；炷翆儆诿舾行圆牧?，混凝土結(jié)構(gòu)的一些性能都要受到應(yīng)變率的影響。如果仍用混凝土的靜態(tài)力學(xué)參數(shù)計算會過于簡單粗糙。因此，建立混凝土的動態(tài)本構(gòu)方程刻不容緩。

[1]黎展眉.拱壩[M].北京：水利電力出版社，1982.

[2]Abrams D A.Effect of Rate of Application of Load on the compressive strength of concrete[J].ASTM J，1917.17（PartⅡ）：364～377.

[3]Watstein D Effect of straining rate on the compressive strength and elastic properties of concrete[J].ACI Journal，1953（8）：729～744.

[4]張玉敏.不同應(yīng)變率下混凝土力學(xué)性能的試驗研究[D].北京：北京工業(yè)大學(xué)，2012.

[5]閆東明，林舉.雙向應(yīng)力狀態(tài)下混凝土的動態(tài)壓縮試驗研究工程力學(xué).2006，23（9）：104～108.

[6]關(guān)萍，王清湘.雙向等比例加載下的混凝土動態(tài)抗壓性能.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，30（6）：700～704.

[7]王傳志，過鎮(zhèn)海，張秀琴.二軸和三軸受壓混凝土的強度試驗.土木工程學(xué)報，1987，20（1）：15～26.

[8]尚世明.普通混凝土多軸動態(tài)性能試驗研究[D].大連：大連理工大學(xué).

[9]Chen Z，Hu Y，Li Q，et al.Behavior of concrete in water subjected to dynamic triaxial compression[J].Journal of Engineering Mechanics，2010，136（3）：379～389.

[10]姚家偉，宋玉普，張眾.普通混凝土三軸壓強度和變形試驗研究建筑科學(xué)，2011，27（7）：28～31.