混凝土单轴受压应力-应变曲线.ppt

混凝土单轴受压应力 应变关系及主要影响因素 姓名 艾红红学号 130520015专业 结构工程 主要内容 1 什么是混凝土 混凝土简介2各种不同混凝土的应力 应变关系曲线及其获得方法3 影响混凝土应力 应变关系曲线的主要影响因素4 问题与讨论5 参考文献 混凝土简介 混凝土是一种复合建筑材料 内部组成结构非常复杂 它是由二相体所组成 即粗细骨料被水泥浆所包裹 靠水泥浆的粘接力 使骨料相互粘接成为整体 如果考虑到带气泡和毛细孔隙的存在 混凝土实际是一种三相体的混合物 不能认为是连续的整体 1 普通高强度混凝土受压应力应变曲线 曲线形状分析 如图 普通高强度混凝土只能测出压应力 应变曲线的上升段 因为混凝土一旦出现出裂缝 承力系统在加压过程中积累的大量弹性能突然急剧释放 使得裂缝迅速扩展 试件即刻发生破坏 无法测得应力 应变曲线的下降段 2 掺杂了纤维与混杂纤维的纤维增强高强混凝土的压缩应力一应变全曲线 2 曲线形状分析 由曲线可以看出 纤维与混杂纤维增强高强混凝土则能够准确地测出完整的压应力 应变曲线 纤维增强高强混凝土和混杂纤维增强高强混凝土的这两种曲线具有相同的形状 都由三段组成 线性上升阶段 初裂点以后的非线性上升阶段 峰值点以后的缓慢下降阶段 2 再生混凝土应力 应变关系曲线 3 实验装置 实验方法 1 再生混凝土设计强度等级为C20 C25 C30 C40 再生骨料取代率100 标准棱柱体试件150mm 150mm 300mm 采用28天强度测试结果 2 采用 等应力循环加卸载试验方法 测定再生混凝土的应力 应变全曲线 即每次加载至预定应力后再卸载至零 再次进行加载 次循环后达不到预定应力而自动转向包络线时 进行下一级预定应力的加载 3 实测再生混凝土应力应变全曲线 曲线形状分析 由以上四幅图可见 四组试件得到的应力应变曲线形状大概相同 但是细部差别较大 曲线上升段变化趋势基本相同 但下降段各不相同 高强混凝土在单轴受压时的应力 应变曲线 4 实验装置 应力 应变曲线 曲线形状分析 1 从图中可以看出A1 A5试件的曲线为完整的圆滑曲线 A6 A7只有上升段曲线 A6 A7由于混凝土试件强度较高实验设备刚度不够 当 c fc后 试验机释放的能量迅速传到周围的4个钢柱上 从而引起混凝土突然破坏 所以曲线只有上升段没有下降段 2 A1 A7试件的应力应变曲线的上升段是相似的 但下降段的曲线形状差别较大 3 混凝土应力应变曲线的下降段 随混凝土强度的提高而越来越陡 4 高强混凝土的应力一旦达到峰值即呈现剥落 所以下降段所反映的主要是一个混凝土的破碎过程 5 混凝土线性段的范围随混凝土强度的提高而增大 混凝土强度越高 应力应变曲线的下降段越陡 曲线更倾斜 不同加载速度下混凝土单轴受压应力 应变曲线 5 实验装置 MTS815 04岩石力学试验机 实验方法 1 考虑5中不同加载速度 在位移和应变双重控制下得到动力加载条件下单轴受压应力应变曲线 2 试件设计强度等级为C40 采用普通硅酸盐混凝土材料 骨料选用最大粒径25mm连续级配卵石 水泥 水 砂 石 1 00 0 42 1 41 2 62 圆柱体试件 尺寸 100mm 200mm 人工浇筑 机械振捣 钢模成型 24小时拆模 28天养护 3 采用两层0 1mm厚聚四氟乙烯薄膜作减磨层 消除侧向约束影响 应力 应变曲线 曲线分析 有图可得 动力加载下的单轴受压应力 应变曲线的形状仍然符合经典单轴受压实验的基本描述 动力加载条件对实验结果的影响主要体现在混凝土抗压强度以及变形特性方面 应变率对混凝土抗压强度的影响较为突出显著 碳纤维混凝土单轴受压应力 应变曲线 1 实验材料 42 5R普通硅酸盐水泥 天然细河沙 碎石 最大粒径不超过10mm 萘系减水剂 碳纤维使用威海拓展纤维有限公司生产的长度为25mm的CCF300 12K碳纤维 配制基准混凝土试件强度为C25 试验配合比为 m水泥 m水 m砂 m石子 1 0 55 1 92 3 27 素混凝土中减水剂质量为水泥质量的0 5 碳纤维混凝土中减水剂质量为水泥质量的2 5 实验方法 采用外掺法掺入碳纤维 即保持基准混凝土的配合比各材料用量不变 碳纤维按不同体积分数控制掺入其中 体积分数控制为9组 分别为0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 1 2 1 4 1 6 按碳纤维体积分数的不同 混凝土共分为9组 每组制作3块100mm 100mm 100mm立方体试件和4块100mm 100mm 300mm棱柱体试件 共计63块试件 每组7块试件中 3块立方体试件用于测定混凝土立方体抗压强度 3块棱柱体试件用于测定混凝土棱柱体抗压强度 1块棱柱体试件用于混凝土应力 应变全曲线的测定 实验曲线 曲线分析 1 各体积分数碳纤维掺量混凝土单轴受压应力 应变曲线的基本形状相同 但与未掺碳纤维的混凝土曲线相差较大 2 掺有碳纤维的混凝土的应力应变曲线的峰值点对应的应变值基本相同 但 应力大小不同 且都比未掺时低 3 掺有碳纤维的混凝土破坏时的应变量都比未掺时的应变量大 且大很多 4 由图可得 碳纤维的加入可以增加混凝土的延性 高温后混杂纤维RPC单轴受压应力一应变关系 7 原材料选用 普通硅酸盐水泥 Si02 微硅粉 S95型矿渣粉 石英砂 黄褐色粉末状FDN浓缩型高效减水剂 长度为13mm 直径为0 22mm的高强平直钢纤维 长度为18 20mm 熔点为165 的聚丙烯纤维 PPF 实验装置 实验方法 经高温试验后的试件 在室内放置3d后进行单轴受压试验 试验在5000kN电液伺服液压试验机上附加刚性元件 以提高试验装置的整体刚度 高温后混杂纤维RPC应力 应变曲线 曲线分析 1 不同温度下混凝土的应力应变曲线相差很大 基本趋势为温度越高 曲线越低缓应变量大 应力小 2 温度低时曲线变化急剧 上升段和下降段都很陡 最大应力值较大 总应变量小3 温度高时 曲线变化和缓 最大应力值很小 但总应变量较大 小结 1 所有应力应变曲线的大概形状都相同 即包括上升段 顶点 下降段 2 不同混凝土应力应变曲线各段的特征不同 各段的长度 倾斜度 顶点对应的应力应变值 下降段的长度 倾斜度等 3 这些差别主要是由混凝土自身材料 实验方法 环境因素等引起的 4 应力 应变曲线的最高点可得到混凝土试件在实验过程中的最大应力 曲线的终点处可以得到混凝土破坏时的最大变形量 5 曲线的倾斜程度反映了混凝土的弹性模量的大小 6 可以通过应力 应变曲线找到混凝土最佳的受荷能力即实际使用过程中的最佳设计承载力 影响混凝土单轴受压应力 应变曲线的因素 1 组成材料品种性质的影响 水泥和骨料的品种性质是混凝土组成结构和强度的主要影响因素 1 水泥 早起强度低者后期强度增长较大 2 骨料 表面粗糙带棱角的花岗岩碎石 普通人造轻骨料 普通砂砾 2 组成材料配比的影响 1 水灰比 水灰比会影响混凝土的密实程度 2 空气含量 水灰比不变时 空气含量每增加1 抗压强度约降低4 5 左右 3 水泥用量 任何一种混凝土配比都有其最优水灰比和水泥用量 在最优水泥用量之下 一般强度随水泥用量的增加而上升 反之 则不仅不能使强度增加 反而有害于某些使用性能 如增加徐变和收缩量等 4 骨料最大尺寸 在正常水泥用量下 骨料粒径大 可以降低用水量 有利于强度 但由于大骨料的存在会引起内部结构的非连续性 增加混凝土内部的非均质性 水泥石与较大骨料颗粒接触面会产生较大的应力 不利于混凝土的强度 3 混凝土龄期 混凝土内水泥水化过程是时间的函数 所以混凝土的强度是随龄期而定的 龄期越大 强度越大 但增长速度会变缓慢 4 实验方法 试件形状和大小尺寸 试件的形状和大小尺寸不同 测出的强度不同 如前所述的立方体 圆柱体 棱柱体强度 加载速度 实验表明 加载速度越快 强度增长值越大 这是总趋势 实际上其影响程度还与试件大小有关 即在同一加载速度下 不同大小的试件的强度也会不同 5 其他因素 施工养护条件 施工方法 环境温度 实际受力情况 问题与讨论 1 试验得到的应力应变曲线大多数是通过一部分真实的试验数据结合相关的计算软件拟合得到 其中非实验数据部分能否真实反映混凝土的应力应变关系 其准确性对实际工程的影响大不大 2 这诸多的影响因素中哪种因素对单轴受压时混凝土应力 应变曲线的影响最大 3 各种影响因素之间是单独作用还是相互作用 如果是相互作用 是相互促进还是相互抵消 参考文献 1 王传志 腾智明 钢筋混凝土 36页 2 韩丽娟 余红发 麻海燕 刘俊龙 混杂纤维增强高强混凝土受压应力一应变关系 J 中北大学学报 自然科学版 2011 32 6 791 795 3 丁东方 再生混凝土单轴受压应力应变关系研究 J 低温建筑技术 2012 6 25 26 4 蒋丽娜 混凝土在单轴受力时的应力应变分析 J 广西工学院学报 1995 6 2 18 24 5 曾莎洁 李杰 混凝土单轴受压动力全曲线实验研究 J 同济大学学报 2013 41 1 7 10 6 于良 程华 靳雨欣 王悠 碳纤维混凝土单轴受压应力 应变本构关系 J 后勤工程学院学报 2013 29 4 6 12 7 郑文忠 李海艳 王英 高温后混杂纤维RPC单轴受压应力一应变关系 J 建筑材料学报 2013 16 3 388 395 谢谢 请老师指正