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ms疲劳混凝土动态受拉试验研究 0 应变率对混凝土强度的影响 在土木工程中，不同的混凝土结构必须发挥动载的作用。例如，高层建筑和桥梁必须承受风荷载的作用，水库必须承受动水压的作用，海洋平台应该受到波浪的影响，不同的结构可能会发挥动载的作用。混凝土是高度敏感的材料，在动态负荷的作用下具有很大的变化。因此，混凝土负荷的特性研究是一项非常重要的工作。 由于试验设备及试验技术的限制,人们对混凝土动力抗拉试验研究得较少,即使是有限的试验也都集中在单轴加载情况下;多轴试验还是空白,而且现阶段实现起来也是困难重重. 由于试验设备、试验技术、试验方法的不同以及试件的离散性,不同的人会得出不同的结果. 一般认为,随着应变率的增加,混凝土动态抗拉强度增加,只不过是增加的值不同而已. Mellinger和Birkimer认为当应变率为20/s时,混凝土抗拉强度增加了50%;当应变率为23/s时,抗拉强度则增加了63%. McVay从墙体的爆破中,观测到当应变率为38/s和157/s时,混凝土抗拉强度分别增加了7.1倍和6.7倍. Ross等人用Hopkinson压力棒进行直接拉伸试验,发现当应变率为17.8/s时,混凝土抗拉强度增加系数达到6.47. John等用Hopkinson棒进行劈拉试验,应变率从5×10-7/s到70/s之间变化,测得的强度增加系数达到4.8. 欧洲混凝土委员会(CEB)模式规范则给出了混凝土抗拉强度随应变率变化的推荐公式. 尽管应变率对混凝土特性的影响在某些方面已经达成了共识,但是可利用的数据依然有限,而且由于试验方法、试验原理、试验设备的不同及试件的离散性,很难把别人的结论直接应用到实际工程之中. 在不同的情况下,结构本身所处的条件不一样;如大坝经常处于水下,各个部分混凝土湿度变化较大,而且不同的部位受力情况也不一样,因此不同研究者的试验结论只适用于一般的情况. 我国有许多混凝土高坝将在西南等高烈度地震区进行建设. 高坝的地震响应和抗震特性关系到下游广大地区经济建设和人民生命财产的安全. 目前,在高坝的抗震安全评价中关于混凝土材料动力特性的研究还比较粗略. 因此,在充分考虑拱坝混凝土特性的基础上,设计出合理的试验方案,对大坝混凝土进行动力试验是一项必不可少的工作. 1 试验系统和试验加载系统 本试验采用大连理工大学结构实验室的MTS伺服疲劳机进行加载,试验夹具自行设计.试件两端采用中国科学院化学物理研究所生产的建筑结构II胶和钢板相粘接,试件下端通过螺栓与底座相连,底座固定在地面上;上端通过拉力荷载传感器与疲劳机的拉头相连. 结构原理图如图1所示. 图中4根钢杆具有双重作用:在试验前先给试件一个预拉力,通过调节4根钢杆螺栓的松紧程度来对试件进行对中;试验过程中钢杆和试件同时受力,从而提高整个系统的刚度,保证了试验的精度. 在混凝土试件的每个侧面中心交叉贴上50 mm×5 mm的应变片,分别测量试件的纵向和横向应变,在相对的两个面上用自制的夹式引伸计测量混凝土的纵向和横向位移. 应变、位移和荷载均通过放大器及采集板和计算机相连;用CDSP采集软件进行数据采集,采样频率按应变率的不同而不同,最高达到10 000 次/s;加载系统采用MTS伺服疲劳机自动加载,加载频率、幅值均按应变率的要求而定. 本试验主要研究地震荷载作用下(应变率为10-3/s～10-2/s)混凝土的抗拉特性,并与准静态荷载作用下的抗拉特性进行比较. 因此,试验所采取的应变率为10-5/s～10-2/s;应变率分为4级,分别为10-5/s、10-4/s、10-3/s和10-2/s,其中10-5/s为准静态应变率. 本文主要研究了混凝土的抗拉强度、变形特性(弹性模量、泊松比和吸能能力)与应变率之间的关系,为混凝土率型本构模型的建立打下良好的基础. 2 混凝土配合比 试验试件采用哑铃形试件,中间部分为70 mm×70 mm,两端逐渐过渡为100 mm×100 mm的矩形,总长度为200 mm. 混凝土配合比为:m(水泥)∶m(水)∶m(石子)∶m(砂子)=1.00∶0.75∶4.09∶2.56,用钢模在振动台上浇注成型. 水泥采用425#普通硅酸盐水泥;骨料为碎石,最大粒径为20 mm;砂子为河砂. 试件浇注成型1 d后拆模,用草袋覆盖洒水养护一周后在室温下自然养护. 2.1 本试验现象的结果分析 由于诸多因素的影响,混凝土的直接拉伸试验的成功率一般不是很高. 本文对35块混凝土试件进行了动力单轴直接拉伸试验,其中15块试件得到了较好的结果. 抗拉强度的结果如表1所示. 从表中可以看出,随着应变率的增加,混凝土的抗拉极限强度也相应地增加了. 以应变率为10-5/s时的强度为混凝土的准静态抗拉强度. 当应变率为10-4/s、10-3/s和10-2/s时,混凝土