混凝土原理与设计04.1多轴强度.ppt

第4章 多轴强度和本构关系 4.2 强度和变形的一般规律 4.2.1二轴应力状态 4.2.2三轴应力状态 4.2.3不同材料和加载途径 4.3典型破坏形态及其界分 * 4. 1 试验设备和方法 所有的混凝土多轴试验装置，按试件的应力状态分为两大类： 1、常规三轴试验机 s1 = s2 s3 或 s1 s2 = s3 2、真三轴试验装置 试验装置的构造见图。 60年代，Krupp通用建筑公司 机架焊接整体结构，三轴刚性连接 在设计混凝土的三轴试验方法和试验装置时，有些试验技术问题需要研究解决，否则影响试验结果的可靠性和准确性，决定三轴试验的成败。主要的技术难点和其解决措施有： (1). 消减试件表面的摩擦 (2). 施加拉力 (3). 应力和应变的量测 (4). 应力（变）途径的控制 (5). 试件的尺寸 (6). 试件受力后的变形过程中，要求三个方向施加的力始终保持居中，不产生偏心作用； 混凝土的多轴强度是指试件破坏时三向主应力的最大值: 用 f1， f2， f3 表示， 相应的峰值主应变为：ε1p，ε2p，ε3p。 符号规则为： 受拉为正、受压为负 国内外发表的混凝土多轴试验资料已为数不少，但由于所用的三轴试验装置、试验方法、试件的形状和材料等都有很大差异，混凝土多轴性能的试验数据有较大离散性。尽管如此，混凝土的多轴强度和变形随应力状态的变化仍有规律可循，且得到普遍的认同。 σ3 σ2 σ2 σ3 σ1 σ1 1.二轴受压(C/C, σ1 =0) σ3 σ2 随应力比例的变化规律为： σ2 /σ3 =0～0. 2 f3随应力比的增大而提高较快； σ2 /σ3 =0. 2 - 0. 7 f3变化平缓， 最大抗压强度为(1. 25～1. 60) fc，发生在σ2 /σ3 ＝0.3～0.6之间， σ2 /σ3 =0. 7～1. 0 f3随应力比的增大而降低。 σ2 /σ3 = 1 (二轴等压) fcc=(1.15～1.35) fc fcc ◆混凝土二轴受压的应力-应变曲线为抛物线形，有峰点和下降段，与单轴受压的应力-应变全曲线相似。 ◆试件破坏时，最大主压应力方向的强度f3和峰值应变ε3p，大于单轴受压的相应值(fc,εp ）； ◆初始斜率随应力比σ2 / σ3增大； ◆双轴压状态下的抗拉延性比单轴压状态下大得多； ◆两个受力方向的峰值应变ε2p，ε3p随应力比例(σ2/σ3 )而变化； ◆ ε3p的变化曲线与二轴抗压强度的曲线相似，最大应变值发生在σ2/σ3 ≈0.25处，应变ε3p在数值上最大； 因为在σ2/σ3 =0.5～1.0 σ2/σ3 =0～0.2 只有σ2/σ3 ≈0.25左右，由于σ2值适中，限制了该方向的拉断，又不致引起σ3 方向的突然崩碎，从而使σ3方向的峰值应变值ε3p最大。 沿σ1（0应力）方向的突然破坏 沿σ2方向的突然脆性拉断破坏 ◆两个受力方向的峰值应变ε2p，ε3p随应力比例(σ2/σ3 )而变化； ◆ ε3p的变化曲线与二轴抗压强度的曲线相似，最大应变值发生在σ2/σ3 ≈0.25处，应变ε3p在数值上最大； 因为在σ2/σ3 =0.5～1.0 σ2/σ3 =0～0.2 ◆而ε2p由单轴受压（ σ2/σ3 =0)时的拉伸逐渐转为压缩变形，至二轴等压（ σ2/σ3 =1)时达最大压应变ε2p= ε3p ，近似直线变化。 沿σ1（0应力）方向的突然破坏 沿σ2方向的突然脆性拉断破坏 ◆混凝土二轴受压的体积应变（εv≈ε1+ε2+ε3）曲线也与单轴受压体积应变曲线相似。 ◆在应力较低时，混凝土泊松比νs0. 5，体积应变为压缩(εv0)。 ◆当应力达到二轴强度的85%-90％后，试件内部裂缝发展，其体积（包括裂缝在内）应变转为膨胀。 2.二轴拉／压(T/C,σ2=0) 两受力方向的应变值和曲线曲率都较小，近似于单轴受拉曲线。多数试件是拉断破坏，塑性变形小。 ▲二轴拉／压试件破坏时的峰值应变(ε1p，ε3p)均随拉应力 f1或应力比︱ σ1/σ3 ︱的增大而迅速减小。 ▲当︱ σ1/σ3 ︱→∞ （即单轴受拉）时，其极限值为ε1p = εt,p ,ε3p=-νεt,p。 ▲体积应变εv ，在开始加载时为压缩，因应力增大而出现裂缝，临近极限强度时转为膨胀。 3.二轴受拉(T/T, σ3=0) f1≈ ft 1.常规三轴受压 0 σ1=σ2 ＞σ3或σ1＞σ2=σ