雙向應(yīng)力下碾壓混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

1、第18卷第5期2015年1O月建筑材料學(xué)報(bào)JOURNALOFBUILDINGMATERIALSVol_18，NO5Oct，2015文章編號(hào)：1007—9629(2O15)O5一O847一O5雙向應(yīng)力下碾壓混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能王懷亮。(1大連大學(xué)建筑工程學(xué)院，遼寧大連116622；2河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210098)摘要：對(duì)含層面碾壓混凝土試塊進(jìn)行了不同加載速率下的雙軸壓和雙軸拉壓試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了加載速率

2、對(duì)碾壓混凝土強(qiáng)度及變形特性的影響結(jié)果表明：在層面處理良好的情形下，碾壓混凝土的拉壓強(qiáng)度隨加栽速率以及側(cè)向壓力的變化規(guī)律，與常態(tài)混凝土動(dòng)態(tài)拉壓試驗(yàn)及雙軸試驗(yàn)的變化規(guī)律有一定的相似性根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立了針對(duì)不同應(yīng)力狀態(tài)下碾壓混凝土的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則，為評(píng)價(jià)爆炸及地震等動(dòng)荷栽作用下碾壓混凝土工程結(jié)構(gòu)的響應(yīng)提供了參考。關(guān)鍵詞：碾壓混凝土；雙向應(yīng)力狀態(tài)；加載速率；破壞模式；破壞準(zhǔn)則中圖分類號(hào)：TU375文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Adoi：103969／jissn10

3、079629201505023DynamicPropertiesofRCCinBiaxialStressStatesWANGHuailiang’。(1CivilandArchitecturalEngineeringCollege，DalianUniversity，Dalian116622，China；2StateKeyLaboratoryofHydrologyWaterResourcesandHydraulicEngineering，H

4、ohaiUniversity，Nanjing210098，China)Abstract：Biaxialcompressiveandcompressivetensileloadingtestsoncubicrollercompactedconcrete(RCC)specimenswithinterfaceswereconductedatdifferentloadingratesTheeffectofloadingratesonthedyn

5、amicstrengthanddeformationpropertiesofRCCwasinvestigatedTheresultsshowthatthechangeruleofstrengthwithloadingrateandlateralstressfortheRCCsampleswithwelltreatedinterfacesiSsimilarwiththatofconventionalconcretemateria1unde

6、rdynamicextension。compressionandbiaxialtestsBasedontheexperimentalresults，dynamicfailurecriteriaareproposedtocharacterizeboththeeffectofloadingrateandtheeffectoflateralstressonthestrengthofRCCunderbiaxialstressstates，whi

7、chprovidereferenceforassessmentofthesafetyofRCCstructureunderdynamicloadssuchasexplo—sionandearthquakeKeywords：rollercompactedconcrete(RCC)；biaxialstressstate；loadingrate；failuremode；failurecriteria碾壓混凝土(RCC)是用振動(dòng)碾壓實(shí)的超干硬性

8、混凝土，其特點(diǎn)是坍落度為零，膠凝材料用量小，并高摻粉煤灰等摻和料以降低水化熱Li和Chai等L】對(duì)RCC結(jié)構(gòu)的斷裂性能和層間滲透問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究，取得了豐碩的成果但在實(shí)際工程中，大多數(shù)水工RCC大壩多建在高烈度地震區(qū)，壩體處在復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下在地震作用下，混凝土的應(yīng)變率可達(dá)10～1OS_。，比靜態(tài)應(yīng)變率高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，此時(shí)混凝土的率敏感效應(yīng)不可忽視Yan和Wu等[3對(duì)普通混凝土的動(dòng)態(tài)拉、壓性能及多軸應(yīng)力條件下的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度指標(biāo)和破壞特

9、性進(jìn)行了研究，為常規(guī)混凝土水壩的抗震安全分析提供了試驗(yàn)依據(jù)對(duì)于RCC動(dòng)態(tài)性能，只有Zhang和王懷亮等[673開展了單向應(yīng)力狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)拉、壓試驗(yàn)研收稿日期l2014—03—09；修訂日期：2014—05—27基金項(xiàng)目：河海大學(xué)水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(2013491811)；清華大學(xué)深圳研究生院一城市資源循環(huán)利用工程技術(shù)研究中心開放基金資助項(xiàng)目(URRT2014006)第一作者：2EtT~i(1979)，

10、男，河南鄭州人，大連大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，博士Email：whuailiang@163corn學(xué)兔兔www.xuetutu.com第5期王懷亮：雙向應(yīng)力下碾壓混凝土動(dòng)態(tài)力學(xué)性能849軸壓下，試件無(wú)側(cè)向約束，隨著應(yīng)變速率的提高，其破壞時(shí)產(chǎn)生的碎片有增多趨勢(shì)，如圖4所示這說(shuō)明高應(yīng)變速率下RCC的脆性變大含層面試件由于對(duì)層面進(jìn)行了處理，因此破壞形態(tài)與本體試件相差不大，并且與常態(tài)混凝土破壞形態(tài)相似引圖4不同應(yīng)變速率下含層面RCC試件的單軸壓破

11、壞形態(tài)Fig4TypicalfailuremodeofRCCsubjectedtodifferentstrainratesunderuniaxialcompression22極限強(qiáng)度和破壞準(zhǔn)則221單軸動(dòng)態(tài)強(qiáng)度規(guī)律圖5為含層面RCC單軸強(qiáng)度隨加載速率的變化規(guī)律與文獻(xiàn)[9—10]的結(jié)果類似，隨著應(yīng)變速率的增加RCC的單軸拉、壓強(qiáng)度均呈增加趨勢(shì)，其中抗壓強(qiáng)度的提高幅度比劈裂抗拉強(qiáng)度的提高幅度小定義動(dòng)態(tài)強(qiáng)度增長(zhǎng)因數(shù)DIF為動(dòng)荷載下的強(qiáng)度與靜載

12、下的強(qiáng)度比值文獻(xiàn)[11]x／普通混凝土及鋼纖維混凝土的試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土的DIF與應(yīng)變速率的對(duì)數(shù)接近線性關(guān)系通過(guò)線性回歸分析，得到RCC動(dòng)態(tài)拉壓強(qiáng)度增長(zhǎng)系數(shù)與應(yīng)變速率之間的計(jì)算式如下：f，d／／’一1863901745lg~ld／f一12609005241ge‘Testdataunderuniaxialcompresston：Averagestrengthunderuniaxialcompression：oTestdataunders

13、plittingtension：Averagestrengthundersplittingtension：——Fittedline圖5加載速率對(duì)含層面RCC單軸強(qiáng)度的影響Fig5Influenceofloadingratesonuniaxia1strengthofRCC式中：，a，，為當(dāng)前應(yīng)變率下RCC的單軸抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa；ff為靜態(tài)加載條件下RCC的單軸抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，MPa；為當(dāng)前的應(yīng)變速率，S～222雙軸拉

14、壓強(qiáng)度規(guī)律圖6為不同加載速率下含層面RCC劈裂抗拉強(qiáng)度隨側(cè)壓的變化趨勢(shì)由圖6可見：雙軸拉壓應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)加載速率相同時(shí)，隨側(cè)壓應(yīng)力的提高，RCC的平均劈裂抗拉強(qiáng)度降低；在相同側(cè)壓力下，隨加載速率數(shù)量級(jí)的提高，RCC的平均劈裂抗拉強(qiáng)度提高為了便于實(shí)際應(yīng)用，建立了考慮側(cè)壓應(yīng)力和加載速率的統(tǒng)一破壞準(zhǔn)則即：f二]btd—q1q2lgq3口(1)utsDs式中：a為側(cè)壓應(yīng)力比系數(shù)，a—／f。為側(cè)壓應(yīng)力，MPa；fbta為雙軸拉壓應(yīng)力條件下的動(dòng)態(tài)劈

15、裂抗拉強(qiáng)度，MPa；，。為當(dāng)前動(dòng)態(tài)加載速率和靜態(tài)加載速率，kN／s；q1，q，q。為回歸系數(shù)圖6不同加載速率下側(cè)壓應(yīng)力對(duì)含層面RCC劈裂抗拉強(qiáng)度的影響Fig6Changeofsplittingtensilestrengthwithlateralstressatdifferentloadingrates通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸，q，q，q。分別為1O2。005，一022，復(fù)相關(guān)系數(shù)為0814，變異系數(shù)為0146由圖6可見，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合直線基本

16、吻合223雙軸抗壓強(qiáng)度規(guī)律圖7為不同加載速率下含層面RCC抗壓強(qiáng)度隨側(cè)壓的變化趨勢(shì)從圖7可以看出：RCC雙軸抗壓強(qiáng)度隨著加載速率的提高而增加，并且該強(qiáng)度隨應(yīng)變率提高的幅度與側(cè)壓應(yīng)力水平有關(guān)這一結(jié)論與文獻(xiàn)[12]雙軸比例加載條件下動(dòng)態(tài)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果類似從圖7還可以看出，在同一應(yīng)變率下，RCC的雙軸抗壓強(qiáng)度較單軸抗壓強(qiáng)度有明顯提高，且在低應(yīng)變速率下，雙軸抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)更為明顯在較高加載速率下，側(cè)向恒定壓力對(duì)RCC的增強(qiáng)作用有所減弱學(xué)兔兔w