变幅循环荷载作用下混凝土的单轴拉伸特性-中国科技论文在线.PDF

水 利 学 报 2005年 5月 SHUIU XUEBAO 第36卷 第5期 文章编号：0559—9350(2005)05—0593—05 变幅循环荷载作用下混凝土的单轴拉伸特性 闫东明 ，林皋 ，王哲 (1．大连理工大学 土木水利学院，辽宁 大连 116024；2．北京交通大学 土木建筑学院，北京 100044) 摘要：在MTS318电液伺服万能试验机上对76个哑铃形试件进行了变幅循环荷载作用下混凝土的单轴动态拉伸试 验，系统地研究了初始静载、循环频率、循环增幅对混凝土动态强度以及变形特性的影响。研究结果表明，在地震 作用的频率范围内变幅循环荷载作用下混凝土的动强度主要取决于每一循环内最高加载速率时的动强度，循环增 幅的影响相对较小。随着初始静态荷载的增加，混凝土的动态强度趋于减小。随着循环数的增加，混凝土内产生 的不可恢复的永久变形幅度也随之增加。 关键词：变幅循环加载；单轴；拉伸强度；混凝土 中图分类号：TU502 文献标识码：A 地震荷载是大坝等混凝土建筑物最重要的荷载之一。混凝土大坝在强震中的震害主要表现为受拉 出现裂缝，发生应力重分布，使大坝的承载能力降低 ，因此，研究地震荷载下混凝土的拉伸特性具有重 要的意义。地震荷载对混凝土结构的作用方式既区别于常规的疲劳荷载 j，又与基于研究损伤的低周 循环荷载¨ 有所不同，其作用过程历时短，包含频率成分多样，循环幅值随时程发生变化。在这种循环 荷载作用下，混凝土所表现出来的力学性能，有必要对其进行深入的研究。但是到目前为止，尚未发现 有相关研究工作的详细报道。本文旨在研究初始静态荷载、循环频率以及循环荷载的变化幅度对混凝 土拉伸强度、物理参数以及在循环过程中变形规律的影响。这对工程实践将有较重要的实际意义，并可 进一步了解循环加载条件对混凝土率敏感性的影响。 1 试验方案 地震对大坝等大型混凝土建筑物的作用有以下两个特点：(1)地震的发生初期，地震作用通常比较 小，经过几个周期或者几十个周期后逐渐增加到作用的最大值。(2)在混凝土结构的实际工作过程中， 通常都是处在一定的静态荷载作用之下，再承受地震作用。 为了全面研究地震对混凝土动态特性的影响，本文试验考虑了混凝土的初始静态荷载、循环频率、 循环幅值的增长速度以及循环周数对混凝土拉伸特性的影响。设计的试验工况如下：(1)在同一初始静 荷载、同一循环增加幅值下，研究不同循环频率对混凝土拉伸性能的影响，选取的频率分别为0．5、2．0、 10．0、20．0、30．0Hz；(2)研究不同初始静荷载对循环荷载作用下混凝土性能的影响。由于循环加载过程 中混凝土试件不能受压，这限制了初始静荷载幅度的选取范围，本文试验选用了两种初始静载幅度；(3) 在相同循环频率和相同初始静载下研究4种循环增幅(循环周数)对混凝土力学特性的影响。 混凝土试验的加载方案如图l所示。在开始的t。时间内缓慢加载到预定的静态荷载 F ，然后按照 设定的增幅按正弦波方式进行循环加载。荷载的时程变化可表示为 收稿日期：2004—05—07 基金项目：国家自然科学基金资助重点项目 作者简介：闫东明(1978一)，河南南阳人，博士生，主要从事水工结构工程的试验与理论研究。E-mml：dmyan@student．dlut．edu．(311 转载 中国科技论文在线 F：A sin(2 )+ 式中：F为时变荷载；A。为第i个循环周期的荷载幅值；，为循环频 率；t为循环的时间变量；Fo为初始静载。 2 试验设备与试验技术 2．1 试验设备 加载设备采用大连理工大学工业与装备国家重点实 验室引进的美国MTS电液饲服万能试验机，加载头自行设计。数据采