混凝土動態試驗抗壓性能研究進展

張明虎 馬映昌

（寧夏大學土木與水利工程學院 寧夏銀川 750001）

1 引言

混凝土是目前已廣泛應用的建筑材料，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。而當下在混凝土結構的抗震計算中，都只將混凝土靜態數值提高一定的百分比來作為動態參數[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年進行動載試驗發現了混凝土的敏感性，拉開了混凝土動態性能研究的帷幕。

2 動載試驗對軸向壓縮的影響

2.1 動態單軸抗壓

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，關于多大加載速率才引起強度的提高目前還沒有統一的結論。因為混凝土受各種因素的影響，如養護環境、實驗儀器、幾何尺寸與試件形狀等因素，產生了各試驗結果的差異。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]進行試驗發現強度提高的幅度約在1～33%。張玉敏[4]指出存在一個臨界應變率，當應變率高于某定值后，相應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變率大約是40s-1。對于應變率引起混凝土強度增大的原因，學者們有不同的推論，普遍認為是由于砂漿存在的微小裂縫當應變率增加時，擴展較慢，使彈性模量較大的骨料破裂。應變率越大，強度較大的骨料破壞面積增加，使混凝土強度增強。有的學者認為因為砂漿的柔韌性造成的。

2.2 動態雙軸抗壓

總結資料得到比較一致的結論：混凝土動態雙軸受壓的抗壓強度要高于單軸的。對于當前比較常用的定側壓和比例加載兩種不同應力路徑的雙軸實驗方法，側應力水平應力比和應變率均對動態強度有影響。文獻[5]建立了同時考慮應變速率和應力比影響的統一雙軸比例抗壓動態破壞準則。對于最大強度處應力比的數值，目前還沒有一致結論。文獻[5]發現最大抗壓強度發生在應力比為0.75時，而文獻[6]顯示強度最高時，應力比為0.5，文獻[7，8]的試驗顯示雙軸強度最大處在應力比為0.25時，文獻[8]還進一步測試了不同減磨方法，得到最大應力比從0.762減小到0.246。造成差異結論的原因還需要研究。

2.3 動態三軸抗壓

由于多軸受力所需設備的復雜性，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，抗壓強度隨著應變率以及圍壓的增加而上升。但學者們對于應變率與圍壓之間的影響未產生一致結論。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變率和圍壓的增加而增加，但是他認為應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。當圍壓值較大時，增強趨勢有所下降。當圍壓值大于混凝土的單軸強度時，不考慮應變率對三軸動態抗壓強度的影響。姚家偉[10]進行應力比不同的三軸抗壓試驗，指出破壞形態與應力比有很大的關系，并得出三軸抗壓條件下混凝土的破壞準則：

f0為混凝土單軸抗壓強度，σotc和τotc分別為八面體正應力和剪應力。

3 結論與展望

目前在混凝土動態性能實驗研究中多軸實驗較少，但現實中混凝土結構所受多是復雜應力，所以迫切需要大量復雜應力下混凝土動載試驗研究資料。混凝土屬于敏感性材料，混凝土結構的一些性能都要受到應變率的影響。如果仍用混凝土的靜態力學參數計算會過于簡單粗糙。因此，建立混凝土的動態本構方程刻不容緩。

[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.不同應變率下混凝土力學性能的試驗研究[D].北京：北京工業大學，2012.

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

[6]關萍，王清湘.雙向等比例加載下的混凝土動態抗壓性能.沈陽工業大學學報，2008，30（6）：700～704.

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

[8]尚世明.普通混凝土多軸動態性能試驗研究[D].大連：大連理工大學.

[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，2011，27（7）：28～31.