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混凝土多轴强度和本构特性实验研究 撰 写：邓 凤 学 专 业：结构工程 学 号 1、前言 2、碾压混凝土的双轴受压试验 3、混凝土的三轴静力实验 4、混凝土材料动态本构特性研究 5、小结 1 前言 混凝土是一种非均质、不等向的多相复合材料，其主要组成成分包括了：固体颗粒和硬化水泥砂浆，以及二者之间存在着的大量的微裂纹和微空洞。其中固体颗粒和硬化水泥砂浆的力学性能如应力强度和弹性模量等存在着很大的差异，再加上这些随机分布的微裂纹和微空洞的存在，都决定了混凝土材料力学特性的复杂、多变和离散。同时，在制备和硬化过程中的时间因素和外部环境（如温度、湿度等）条件等，对混凝土材料的力学特性也有不同程度的影响。 2 碾压混凝土的双轴受压试验[1] 2.1试验设计 2.1.1试件尺寸及材料配比 为了便于同普通混凝土单轴和双轴强度比较，试件采用边长150mm的立方体，是普通混凝土试验的标准试件。胶凝材料采用425＃普通硅酸盐水泥与荆门热电厂的粉煤灰，骨料采用河砂与卵石，减水剂采用木质磺酸钙。 为便于比较，试验中选用两种配比的试件，具体混凝土配合比见表1.每种配比各制作了25个试件，3个用以测定28d龄期的抗压强度，3个用以测定试验龄期的抗压强度。双轴受压试验(包括单轴受压试验)的两向应力比σ2/σ１有0(单轴受压)0.25、0.50、0.75和1.00共5种。每种应力比下的强度和应变测值均取3～4个试件的平均测值。 2.1.2试件加载方法与测试方法  该双轴压力机主要由刚度很大的平面钢质矩形框架与两个带油压表的30t油压千斤顶组成。 试验时，试件置于钢框的一个下角的内测，如图1所示。试件与加压板之间垫有一块150mm×145mm×10mm的钢垫板。试件的每个受压面上都垫有两层塑料布，其间涂有油脂以消除加压面摩擦。两个千斤顶分别在水平方向与竖向对试件加压，由各自的压力表控制各自的压力值。每个千斤顶活塞顶部加压板上对称地装有两个位移传感器，以测定试件变形。荷载大约分10级，每级都记录荷载与变形值。对于单向压力试验，只用竖置千斤顶加载；对于双向受压试验，两个方向的千斤顶同时按预先确定的两轴应力比分级加载，直至试件破坏为止。 2.2 试验结果 2.2.1碾压混凝土的双轴受压强度  将5种应力比的试验结果绘于图2. σ1-----碾压混凝土双轴受压应力中的第一主应力 σ2-----表示碾压混凝土双轴受压应力中的第二主应力 σ0-----为碾压混凝土的单轴抗压强度 图2 碾压混凝土双轴受压强度曲线 由图2可以看出:(1)当σ2/σ1=0(单轴)时，σ1/σ0=1，此时为单轴抗压强度；(2)当σ2/σ1=0.25时，σ1/σ0=1.3，这说明双轴受压强度是单轴受压强度的1.3倍；(3)当σ2/σ1=0.5时，σ1/σ0=1.5；当σ2/σ1=0.75时， σ1/σ0=1.6，此时的双轴受压强度为单轴受压强度的1.6倍。 结论: 因此，双轴受压下碾压混凝土强度普遍高于单轴受压时的碾压混凝土强度，即双轴受压强度一般是单轴受压强度的1.2～1.5倍，当σ2/σ1=0.75时，双轴受压强度达到最大，达1.6倍单轴抗压强度。 为便于分析说明，将图2破坏点趋势进行分析，通过曲线回归分析后，可用如下公式进行描述： a-----为双轴受压碾压混凝土应力比； σ0-----为碾压混凝土单轴受压强度； σ10-----为双轴受压碾压混凝土的强度。 2.2.2 碾压混凝土的双轴受压变形 根据应变测量结果: ε1----表示双轴受压时σ1方向的压应变， ε2----表示双轴受压时σ2方向的压应变， ε0----表示单轴受压时的压应变。 ε1/ε0为横坐标， ε2/ε0为纵坐标，将双轴受压碾压混凝土的变形绘于图3中。 图3 碾压混凝土双轴受压变形曲线 结论: 从图3可以看出，双轴受压时碾压混凝土的极限应变值大大高于单轴受压时的极限应变值，并随着应力比α的增大而增大。 α=0.25时，ε1/ε0=2.5，即双轴受压变形是单轴受压变形的2.5倍； 当应力比α增大时，双轴受压变形增加更大。当应力比达到1时，双轴受压变形增加达到最大，此时为3.5～4倍的单轴受压变形。 因此，碾压混凝土的双轴受压变形是单轴受压的2～4倍。并且，双轴受压时，极限变形量提高幅度比强度的提高要大得多，表现出较多的延性，即塑性变形特征。 根据图3中的试验，通过曲线