高性能混凝土的弹性模量与泊松比

混凝土 耐久性

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第3 7卷第 4期 2 6年 4月 00

人民长江 Ya gz Ri e n te vr

V 13, o 4 o .7 N .

A r, 20 pl i 06

文章编号：0 1 4 7 (o6o—05—0 10— 19 2o )4 0 8 4

冻融循环后普通混凝土变形特性的试验研究商怀帅 尹全贤2宋玉普覃丽坤。 (. 1大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，宁大连 162; 2大连市公路管理处，宁大连辽 104 .辽 162; 3大连大学土木建筑系，宁大连 16 2 ) 10 4 .辽 16 2摘要：经过 02、0 7对、55、5次冻融循环作用后的普通混凝土在双轴压荷载作用下的变形特性进行了试验研究， 测得了混凝土试件在两个加栽方向的强度及应力一应变关系，并对试验结果进行了分析，讨论了冻融循环及中间应力对峰值应力点对应的应变的影响。在分析试验资料的基础上，建立了冻融循环作用后普通混凝土在应变空间的破坏准则；这项试验研究工作为复杂应力状态下可能经受冻融循环作用的普通混凝土结构提供了经济可靠的设计和理论依据。

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键

词：混凝土；冻融循环；应变空间；力比；应破坏准则

中图分类号： V 4 T 54

文献标识码： A行了双轴压荷载作用下的试验研究，试了两个加载方向的强测度、应变及应力一应变关系，并根据对试验结果的分析建立了冻融循环作用后普通混凝土在应变空间的破坏准则。这项试验研

1概述耐久性…是指构筑物长期满足设计安全和使用要求的性

能。或者说是一个构件或整个结构在某一特定的环境和时间段内能长久保持其性能的性质。混凝土的强度及耐久性在其它条件不变的情况下与其工作环境有关，工作环境不同，强度及耐久性也不相同。而冻融循环作用是影响普通混凝土耐久性的一个十分重要的因素，北方寒冷地区的许多已建工程 (桥涵工程、混凝土路面工程、口码头工程和城市立交桥工程以及工业与民港用建筑等 )实际使用过程中。在由于环境气候的影响，多或少或的存在混凝土的冻融破坏；且这些结构一般处于复杂应力状并态下，因此研究冻融循环作用后普通混凝土在多轴应力状态下的变形和强度特性，对充分发挥材料的强度以及进行合理的

结

究工作为处于寒冷地区的桥涵、混凝土路面、口头和城市立港码交桥等建筑物的工程设计及非线性有限元分析提供了可靠的试验及理论依据。

2试验设计2 1原材料与混凝土配合比 .本试验采用设计强度等级为 C 0的普通混凝土， 3水泥采用大连水泥厂生产的 45号(8d 2 2标准抗压强度为 4 . 25 )通普硅酸盐水泥；细骨料为中砂，连续级配，细度模数大于 26同 .,

构设计具有重要意义；由于试验操作上的困难，前国内外开展目这方面研究工作主要集中在研究冻融循环后普通混凝土的质量损失，动弹性模量的变化；而关于其在多轴应力状态下变形特性与强度特性的研究很少 J。其主要原因是：冻融循环对单①轴荷载作用下的力学及变形性能的影响尚不清楚；复杂应力②状态下，混凝土变形和强度试验结果的准确性，主要取决于试验装置的加载系统及荷载和变形量测系统的可靠性，目前尚不但能保证这些系统完全可靠。 随着计算机技术的迅速发展，有限元法在混凝土和钢筋混凝土结构分析中得到广泛应用，迫切需要建立冻融循环作用后普通}凝土在多轴应力状态下的强度准则。本文针对我国北方昆寒冷地区的公路、桥涵、口码头等设计中遇到的双轴应力作用港下普通混凝土的变形性能开展了试验研究，按照现行的《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》 G J2—8冻性能试验 B8 5抗中的“快冻法”对经受 O 2、O7,、5 5、5次冻融循环的普通？凝土进昆收稿日期：05 0— 5 20—1 0

时舍泥量不大于 2粗骨料为粒径 5 2 t的石灰石碎石；%; 0i n o 水灰比为 05用气压式舍气量测定仪测得搅拌后混凝土的含 .,气量为 17 .%。表 1为每立方米}凝土的材料用量及性能指标。昆表 1每立方米混凝土的材料用量殛性能指标

水灰比水泥，砂子，石子/ 水/ 轴心抗压强度/P k g k g k g k g Ma0. O 5 33 8 63 6 114 5 13 9 3 2 4.

22试件制作及快速冻融试验方法 .试件制作时，先将石子、子和水泥放在一起，机器搅拌砂用 2mn随后缓缓加入水，在 1mn左右加完， i,且 i然后再搅拌 2 3

mn最后将拌合料置人钢模中， l i,

在 m×1 m振动台 (动频率振为 280 r n振幅 0 3— . m) 6次/ i, a . 0 6m上振捣成型；4h 2后拆模。随后在标准条件下养护 2, 3d再将试件放在温度为 1 2￣ 5 0C的水中浸泡 4d 。本文的快速冻融循环试验是在大连理工大学海岸与近海工

基金项目：宁省教委科研基金资助项目恶劣环境因素下混凝土破坏准则和耐久性研究》22912)辽《 (03o03作者简介：商怀帅，大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，士研究生。男，博

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第 4期

商怀帅等：融循环后普通混凝土变形特性的试验研究冻

6 1

f3=一 (/Ⅳ)+ ( d )× 1I ( E f( Ⅳ) 1 02 0≤ d≤ 0 2 ) 1 .5

()冻融循环作用后的普通混凝土在双轴压荷载作用下， 1 在应力比 n=0l,"a值不变时， 2其应变￡、￡随冻融循环次数的增加而变大；同一冻融循环次数作用下，应力、,变在其 应。、3 2 e随值的变化而变化，中在=0 5,、3其 .0时 提高最

{3一(Ⅳ+ ( )1×1 (.≤口≤1 )【= ( )Ⅳd) 0 02 1 . ￡ 5 0盯/ 盯 .

式中 (、Ⅳ) (v与 (v为冻融循环次数Ⅳ的函数，Ⅳ) (、,),)

其表达式为：,

多，口在。=02时，, . 5 e取最大值， E应变约为 0而 。(Ⅳ)= 0 282+0 O296 2 -0 1Ⅳ

( )文中建立了冻融循环作用后的普通混凝土在双轴压应 2力状态下应变空间的破坏准则，该破坏准则形式简单，以为处可于寒冷地区的水工、港工、海工等建筑物的工程设计及有限元分析提供参考，并为在进一步试验后，将其应用于实际工程提供参照。

J ( )=031 2 . 4 1 8 Ⅳ . +00 6Ⅳ 77 05

I ( )=031 7+004 2N Ⅳ . 5 . 2 23 05( N)=一0 0 184—00 1794 .6 4 .0 5 N

试验数据与拟合曲线如图 6所示，图可见，由该本文的计算值与试验结果吻合较好。由图7可见，随着应力比的变化，经受不同冻融循环次数作用后的普通混凝土方向对应的应变￡

也相应的变化； 在单

() 3本文的试验研究可以为处于寒冷地区在双轴压荷载作用下的混凝土构件提供设计依据，充分发挥其承载潜力，同时也节省了材料。

轴压时为拉应变，而在双轴等压时为压应变，即当应力比 n由0。变化到 1,由拉应变向压应变发展，时￡零值大约出现在应力比

( )建议开展其它强度等级的混凝土冻融试验研究，出 4找

在相同冻融条件下，混凝土的强度对材料各方面性能的影响。

n=02的位置， . 5而应变 e也恰好在此应力比处达最大值(,这也可由应力一应变关系看出)此外，,在相同的应力比条件下， 其应变￡随冻融循环次数的增加而变大。 由图7还可见，同冻相融循环次数后普通混凝土的应变 E与的关系可用直线方程表示，由试验数据回归分析，得表达式为：E 2=一( (v+ ( d ,) N) )×1。 ( 0 0≤口≤ 10 .)

参考文献：[]金伟良， 1赵羽习.混凝土结构耐久性 .北京：学出版社， 0.科 22 0 []程红强 . 2冻融对混凝土强度的影响南科学 . 0。12:1—河 2 32( )24 026 1

[] S f, as G H s ntcnler￣t wttn rk g 3 ta J Hn C .岫 t g oct fe_h sa c ci . en r h e￣ e d a e d a nCm. oc.R s 95 2 () 17—8 . e C nr e.19 .5 8:7 5 0

[] Vs Pna, m A—Nsay Ses n ti st o Cl￣e 4 e etl F I e w . ts a sa a f Oct a ta h r d rn te Ild r g fe zn n h w n y l s u i re ig a d ta i g c c e .Ce n n n rt sa c。 0 2。 n me ta d Co c ee Re e r h 2 0 3 10 2: 4 7~ 1 2 4 0.

式中 (与 (v为冻融循环次数，Ⅳ),) v的函数，其表达式为：f ( N)=0 102 6+00 0 5 N .1 0 .0 74 4

【 ( N)=一0 3044—0 03574 .6 6 .0 0 N

[]施士升. 5冻融循环对混凝土力学性能的影响 .土木工程学报，97 1, 93( )3~4 . 04:5 2

试验数据与拟合曲线如图 7所示，图可

以看出：由该本文的 计算值与试验结果吻合较好。峰值应变￡的零值发生在应力比：02,因为主压应 .5是力在方向产生的拉应变与压应力在该方向产生的压应

[] G J— 5普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法. 6 B8 8. 2 []宋玉普 . 7 多种混凝土材料的本构关系和破坏准则 .北京：中国水利水电出版社 .0 2 20 .

[] G J1 8. 8 B8— 5普通混凝土力学性能试验方法. []商怀帅， 9 宋玉普，丽坤 .通混凝土冻融循环后性能的试验研究 .覃普混凝土与水泥制品，0 5 ( )9一l. 20 .2: 1

变相互抵消所致；峰值应变 e的最大值发生在应力比 =02, .5是因为当较大时，如，=0 5~10压应力、均在 . .,,

方向产生较大的拉应变，导致突然的脆性崩碎，当应力比而

[]宋玉普，国藩 .变空间混凝土的破坏准则 . 1 O赵应大连理工大学学报，9 13 ( )45— 6 . 19,14:5 4 2

较小时，如=0 0 2时， .由于侧向压力的存在，导致主压

[1宋玉普 .国藩 . 1]赵拉压平面应变状态下混凝土的强度准则.大连理

应力大于单轴压时的应力，且的存在会对。向的拉 并方应变有一摩擦阻碍作用(导致拉应变减小，破坏延迟 )在应力比， n逐渐增大为 0 2, .5主压向应变 e达到最大值。

工大学学报， 9,(7: 4 19 1 783)1— 0 . 9 0 []过镇海 . 1 2混凝土的强度和本构关系一原理与应用 .北京：中国建筑工业出版社 .04. 20

13 WagC un一 i u hn—hl Z agXu—ze . xe m n ln 1] n ha ,G oZ e a, hn i hn E pr et i- i a

4结论 本文通过对冻融循环前后普通混凝土在双轴压荷载作用下的试验研究，可以得到以下结论：

v sia in o i￣a n r￣ a o r si e c n rt t n t e t to fb a l d t ad lc mp esv 0 c ee s e gh.AC u— g d a i r I la

t .18,0 1:2—10 e。98 9 ()9 r 0. (辑：树湘)鳊赵

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长江委设计院签定武汉地铁 2个单项合同20 06年 3月 2

4日，武汉市轨道交通二号线一期工程设计合同签字仪式在汉举行，江水利委员会设计院及广州地下铁道长设计研究院联合体和业主正式就武汉地铁二号线两个单项标签定合同。此举标志着设计院在城市轨道交通设计咨询领域迈出 了重要的一步，对于实现设计院的多元化发展战略具有重要意义。

设计院(联合体主办人 )与广州市地下铁道设计研究院 (简称“广地院”联合体成员),参加了 WG 22 S0~WG 26土建 4个标 S0段、设计监理、 S 1、 S 1等共 7个标段的投标活动，一 WG 20 WC 2 1并举中得两个单项标。此举将填补设计院在轨道交通设计中的业绩空白，为今后设计院进入轨道交通工程设计领域奠定了坚实基础。 设计院副院长王新才、总工杨启贵以及院经营计划部、建筑

武汉市副市长尹维真以及武汉市建委、纪委的相关领导人出席了签字仪式。

处、交通处等相关处室负责人参加了签字仪式。

(江)长

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