２０１３年第１期江苏水利 墨日冒豳鼍—— 自密实混凝土单轴 应力 宄 九 应变茔曲线ｉ式验酮 陈莉王海伟王建华 ２２３１００） （江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏洪泽摘要：采用ＣＳＳ—ＷＡＷ一１０００ＤＬ电液伺服万能压力试验机，进行自密实混凝土棱柱体试件单轴受压试验。对自 密实混凝土应力一应变全曲线进行分析，给出了自密实混凝土的应力一应变全曲线方程。结果表明：自密实混凝土 应力一应变关系曲线与普通混凝土应力一应变关系曲线基本相似，但各特征点的位置有所变化；根据自密实混凝 土应力一应变全曲线方程作出的计算曲线与试验曲线吻合较好。 关键词：自密实混凝土；单轴受压；应力一应变全曲线；计算曲线；试验曲线 中图分类号：ＴＵ５２８．叭 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—７８３９（２０１３）０１—０００８—０２ 墨 ０引言 一主 混凝土的单轴受压应力一应变曲 水率最高可达３５％以上。 （２） 己比设计 段的加载速度为０．００５ ｍｍ／ｓ。当试件 最大应变达０．０１左右或荷载减小至 峰值荷载的１０％左右时结束试验。 ２试验结果与分析 线方程是混凝土材料最基本的本构 自密实混凝土配比设计为水泥：粉 煤灰：水：砂：石：添加剂＝３１８．８：２１２．５： １７０：７６６．２：８６４：４．８（ｋｇ／ｍ３）。 关系，又是多轴本构关系模型的基 础。在钢筋混凝土结构的非线性分析 中，例如：构件的截面刚度、截面极限 应力分布、承载力和延性，超静定结 ａ密实混凝土的应力一应变全曲 ｃ线如图１所示。 （３）试件制作 自密实混凝土每种配比制作３ 个试件，试件尺寸为１５０ ｍｍ￣１５０ ｍｍ ：＜３００ ｍｍ的棱柱体。 （４）养护条件 构的内力和全过程分析等，它是不可 或缺的物理方程，对计算结果的准确 性起决定性作用。 本试验采用ＣＳＳ—ＷＡＷ一１０００ＤＬ 电液伺服万能压力试验机对自密实 本试验中，制作的所有试块均是 在实验室标准养护条件下进行养护， 温度为２０℃，相对湿度为９９％。 （５）试验设备 混凝土棱柱体试件进行了单轴受压 试验．得出自密实混凝土的应力一应 变全曲线，推出ｃａ密实混凝土单轴受 压应力一应变全曲线方程，并对其进 行分析。 １试验概况 自密实混凝土棱柱体试件加载 系统由ＹＨＤ一５０位移感应器、ＣＳＳ— 图１ 自密实混凝土的应力一应变 全曲线 ＷＡＷ一１０００ＤＬ电液伺服万能压力试 验机、静态应变仪和计算机等组成， 数据直接由ＤＨ３８１８静态应变测试 ａ密实混凝土的应力一应变全曲 ｃ线分为上升段和下降段两部分，二者 以峰值点为界；自密实混凝土的破坏 过程分为四个阶段：弹性阶段、裂缝 （１）试验材料 粉煤灰：华能南京电厂生产的Ｆ 类Ｉ级粉煤灰。 水泥：中国水泥厂有限公司生产 仪采集。 （６）试验方法 稳定扩展阶段、裂缝失稳扩展阶段和 要获得稳定的应力一应变全曲 破坏阶段，与普通混凝土的破坏过程 基本相似。 的海螺牌Ｐ．０４２．５Ｒ水泥。 线，主要是在曲线的下降段必须控制 混凝土试件缓慢地变形和破坏。采用 ＣＳＳ—ＷＡＷ一１０００ＤＬ电液伺服万能压 力试验机对ｃａ密实混凝土棱柱体试 件进行加载，上升段采用力控制，按峰 值荷载的１０％分级加载，接近预估峰 细骨料：江西赣江生产的中砂， 细度模数为２．５１。 粗骨料：回容峰家山生产的碎 石，粒径为５ １９ ｒｎｍ，级配连续。 外加剂：江苏博特新材料有限公 司生产的ＪＭ—ＰＣＡ（Ｉ）型减水剂，减 自密实混凝土棱柱体试件刚开 始加载时应力较小（盯≤０．４，＝），应力 与应变近似成线性关系。继续加大应 力，自密实混凝土的塑性变形和微裂 缝稍有发展，应变逐渐加速增长，界 面裂缝的长度、宽度随着应力的增长 值荷载的９０％时采用位移控制，下降 基金项目：江苏省自然科学基金资助（ＢＫ２００６１７９）。 而增大，数量随着应力的增长而增 多，应力一应变曲线的斜率渐减，开始 不同程度的朝着水平轴弯曲。此时， 自密实？昆凝土的泊松比／＂ｓ＝８ ／ｓ： ０．１８４～０．２１４＜０．５，体积应变（ ＝ｓ一 ２ｓ ）为压缩，但其变化率随着应力的 增大而减小。 当白密实混凝土试块的应力值 达到Ｏｒ＝（０．８～０．９）『：时，其应变约为 峰值应变的（０．５１～Ｏ．８０）ｅ ，切线泊松 比 ＝０．５，体积压缩变形达到最大 值，不再继续缩小，意味着混凝土内 部微裂缝有较大开展，但试件表面 的裂缝肉眼尚未可见。此后，混凝土 内部出现非稳定裂缝，应变和泊松 比很快增长，体积压缩变形开始恢 复。不久，应力提高有限，即达峰值 点。随着应变继续增大，试件的承载 力减小，曲线进人下降段而形成一个 尖峰，峰值应力即混凝土的棱柱体 抗压强度『：，相应的应变为峰值应变 。普通混凝土达到峰值时对应的应 变约为０．００２，本试验中自密实混凝 土的峰值应变在０．００２ ０．００３之间， 约为０．００２２，比普通混凝土的峰值 应变略大。 自密实混凝土试块的应力一应变 曲线进入下降段不久，试件中部的表 面出现第一条可见裂缝，此裂缝细而 短，平行于受力方向。继续增大应变， 应力的下降速度逐渐增加，横向变形 迅速发展，试件上相继出现多条不连 续的纵向短裂缝，自密实混凝土试件 的承载力下降很快，但在应力一应变 曲线的下降段存在一个反弯点，即应 暖嚣巨罾力下降速率最大的点。混凝土内骨料 和砂浆的界面粘结裂缝，以及砂浆内 的裂缝不断地延伸、扩展和相连，沿 着试块最薄弱的面形成宏观裂缝，并 逐渐地贯穿全截面。本试验中自密实 混凝土棱柱体试件应力一应变曲线的 反弯点对应的应力值约为峰值应力 的５５％～６５％，即０＂－（０．５５～０．６５） ，相 应的应变值在０．００２ ０．００３之间。 当自密实混凝土试块的应力一应 变曲线进入下降段的反弯点后，各 不连续的裂缝开始相连形成斜向裂 缝，斜裂缝进一步发展贯穿整个截 面，再增大试件应变，此斜裂缝在正 应力和剪应力的搓碾下不断发展加 宽，成为一破损带，而试件其他部位 上的裂缝一般不再发展。试件上的 荷载由斜截面上的摩阻力和残存的 粘结力相抵抗，剩余承载力缓慢地 下降。即使在更大的应力下，混凝土 的残余强度仍未完全丧失。此时，自 密实混凝土的残余强度约为峰值应 力的１５％～２５％，即Ｏｒ＝（０．１５～０．２５）７：， 比普通混凝土的残余强度 ＝（０．２～ ０．４）７＝略小。 由上述分析可见，自密实混凝土 的应力一应变全曲线与普通混凝土的 应力一应变全曲线基本相似，但各特 征点的位置和取值有所变化。因此， 在进行自密实混凝土结构设计时要 注意利用这个特点。 自密实混凝土棱柱体试件的受 压变形和破坏过程，决定了其应力一 应变全曲线的形状。用无量纲坐标公 式表示自密实混凝土受压应力一应变 全曲线（如图２）。 无量纲坐标公式： ｛Ｘｙ：＝ ｅ／， Ｂｐ 式中： ｓ ＿自密实混凝土的峰值应变； 自密实混凝土的峰值应力， ＭＰａ 图２无量纲的应力一应变全曲线 —由图２可以看出，自密实混凝土 的应力一应变全曲线上升段斜率单调 下降，在峰值点曲线斜率为零；曲线 下降段先出现一个拐点，接着出现曲 率最大点，然后曲线趋于平缓，该曲 线满足以下几个条件： 上升段：（ ＝０，’，＝０； ＝１时，ｙ＝ｌ， ／ｄｘ＝Ｏ； ⑧０≤ ＜１，ｄ ／￣ｘ＜Ｏ； 下降段：④ ＝１时，ｙ＝ｌ，ａｙ／ｄｘ＝Ｏ； ⑤当 一。。，ｙ－－＊Ｏ时， 一０。 由于混凝土材料的复杂性，要找 到一个曲线方程全部满足上述５个 条件是比较困难的。在综合和比较前 人研究的基础上，建议自密实混凝土 应力一应变全曲线方程采用下列形 ２０１３年第１期江苏水利 式： 上升段：ｙ＝ ＋础＋０ ＋０ （０≤ ≤１）； 下降段：ｙ＝ｘ／［ｂｘ。＋６ ＋６ｏ］（ｘ＞ｌ ｏ （１）上升段曲线方程 由条件①可得： ａ＝ｄｙ／ｄｘｌ ＝（ ）／（ｄｅｌｅｐ）Ｉ ＝ （ｄ０ｒ，ｄｅ）／ ／ｓｐ）ｌ ＝ＥｄＥ， 式中： 自密实混凝土的弹性模量， Ｎ／ｍｍ。： Ｅ一自密实混凝土的割线模量， Ｎ／ｍｍ０。 由条件①和②可得： ０，ａ￣＝３－２ａ，ａ３＝ａ－２ 最口：ｖ＝０ ＋（３—２Ⅱ） ＋（（卜２） ３ 由条件③可得： ／ｄ２ｘ＝２（３—２ａ）＋６（ａ一２）ｘ＜Ｏ，得 到。值的范围：１．５≤０≤３。 （２）下降段曲线方程 由条件④可得： ｂ １—２ｂ，ｂｏ＝ｂ 即：ｙ＝ｘ ６（ 一１）２＋９ｆ］ 当ｂ＝Ｏ时，ｖ １，应力一应变曲线 为从峰值点延伸的水平线，相当于理 想的塑性变形； 当６一∞时，ｙ＝－Ｏ，即峰值点之后 自密实混凝土的残余强度为０，相当 于完全脆性的材料。可知，ｂ值的范 围：０＜ｂ＜ｏｏ。 条件⑤当 — ，ｙ一０时，ｄｙ／ｄｘ －－＊０，上式满足。 因此，自密实混凝土的应力一应 变全曲线方程为： 上升段：ｙ＝ａｘ＋（３—２ａ）ｘ ＋（。一２）ｘ３—（Ｏ≤ ≤１）； 下降段：ｙ＝ｘ／［６（ 一１）ｚ帆］（ｘ＞１）。 为了确定自密实混凝土应力一应 变全曲线方程中的参数ｎ和ｂ值，进 而作出其应力一应变全曲线，将自密 实混凝土试件的实测曲线离散化，用 最小二乘法进行计算，可得上述应 力一应变全曲线方程的参数值，ｎ： ２．１１，６＝１．７３。可见，ｎ和ｂ值均满足相 应的取值范围。本试验提出的自密实 混凝土单轴受压应力一应变全曲线方 程为： 上升段：ｙ＝２．１Ｉｘ－１．２２ｘ２＋０．１ｌｘ （Ｏ≤ ≤１）： 下降段：ｙ＝ｘ／［１．７３（ 一１）２＋Ｘ］（ｘ＞ｌ ｏ 根据上述方程，可以作出自密实 混凝土的计算曲线。（下转第１３页） ２０１３年第１期江苏水利
