三级配混凝土及湿筛混凝土单轴动态拉伸性能试验研究

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3] , 态拉伸强度的 试 验 研 究 多 采 用 动 态 弯 拉 试 验 [
等. 如文献
收稿日期 :2 0 1 3 08 0 4 ; 修回日期 :2 0 1 4 05 23. 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 ( 5 107901 9) . ) , ) , 作者简介 :沈 璐 ( 男, 博士生 , 讲 师, 宋 玉 普* ( 男, 博 士, 教 授, 博 士 生 导 师, 1 982 E mail :shenlu @ dlou. edu. cn ; 1 9 44 E mail : syupu@dlut. edu. cn.
题. 进行了大坝迎水面常用的三级 配 混 凝 土 及 湿 筛 混 凝 土 在 1 0 - 5 ㊁ 1 0 -4 ㊁ 1 0 -3 ㊁ 1 0 -2 s-1 四 种 应变速率下的单轴动态直接拉伸强度试 验 . 试 验 采 用 尺 寸 为 2 5 0 mmˑ 2 5 0 mmˑ 400 mm 和 试验测得不同应变速率下试件的单轴动态拉伸 1 5 0 mmˑ 1 5 0 mmˑ3 00 mm 的棱柱体试件 .
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应力和应变 . 基于试验数据探讨了三 级 配 混 凝 土 及 湿 筛 混 凝 土 的 破 坏 形 态 ㊁ 单 轴 抗 拉 强 度㊁ 峰 值应力点的应变随应变速率的变化规律 . 此外 , 还建立了三级配混凝土与相应湿筛二级配混凝 土的动态强度关系 . 试验结果可为混凝土大坝 ㊁ 海洋平台等的抗震设计提供理论依据 .
三级配及湿筛二级配混凝土试件的制作和养
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大 连 理 工 大 学 学 报
第 54 卷
小心 . 将试件露天盖塑料布浇水养 48 h 后 拆 模 , 护至 9 0 d 龄 期 , 其 后 在 自 然 条 件 下 养 护. 养护期 间, 定期在螺栓上抹油 , 防止锈蚀 . 1. 3 试验过程
控制 , 记录了加载过程中荷载和位移的变化过程 . 每一加载工况中对根部破坏严重 ㊁ 离散性大 ㊁ 偏心 严重的数据予以剔除 , 保证至少 3 个有效数据 . 试 验完毕后 , 拆下位移传感器 , 取出试件 .

2 , 施 林 林1 , 宋 玉 普*1 璐1,
(1 . 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室 ,辽宁 大连 大连海洋大学 海洋与土木工程学院 ,辽宁 大连 2.
1 1 6023 )
1 1 6024;
摘要 :考虑大骨料特性的混凝土动态拉伸性能研究是混凝土坝抗震特 性 研 究 的 一 个 突 出 问
2014年7月
第54卷第4期
大 连 理 工 大 学 学 报 Journal of Dalian University of Technology
July 2 0 1 4
Vol. 5 4 , No. 4
文章编号 :1 000 8 608( 20 1 4) 04 04 5 2 09
三级配混凝土及湿筛混凝土单轴动态拉伸性能试验研究
( a)三级配混凝土试件
Fig. 3
件安装在加载板 间 进 行 初 步 对 中 , 通过螺栓将试 件固定在加载板上 . 此时 , 加载板与设备加载头之 间通过球铰相连 , 在垂直方向反复预加较小的静 , 载( 约 1 04 N) 球铰可以进行微小转动以自动校 正微量的偏心 . , 中粗骨料的分布具 有 随 机 性 ( 物 理 偏 心) 以及在 加载过程中由于微裂缝开展造成的截面削弱也具 , 有随机性 ( 几何偏 心 ) 很难保证试件在加载过程
8] 中始终保持对中状态 [ 在本文试验中 , 除了用球 .
本文试验采用 立 式 轴 心 拉 伸 方 式 . 首先将试
2
2. 1
试验结果及分析
总体而言 , 三级配混凝土及湿筛二级配混凝 试件破坏形态
土试件在破坏时 都 非 常 突 然 , 并且发出很大的爆 裂声 , 应变速率越高 , 爆裂声越响 . 如图 4 所示 , 断 裂面的位置均在 试 件 中 部 的 纯 拉 段 范 围 内 , 并且 断裂面的形状大致相同 , 总体呈平面趋势 , 局部呈 锯齿状 , 且应变速率越高 , 断面越平整 . 此外 , 湿筛 二级配混凝土小试件的断裂面总体比三级配混凝 土大试件平整 . 在试件的断裂面上 , 有部分骨料沿 界面脱 粘 , 也 有 部 分 骨 料 被 拉 断, 如 图 5 所 示, 但 小试件骨料被拉 断 的 比 例 要 多 于 大 试 件 , 且随着 应变速率的提高 , 大小试件断面上骨料被拉断的 部分都在增多 .
国家重点实验室 结 构 分 室 的 大 型 静 ㊁ 动态三轴电 图1 加载板与球铰
Fig. 1
Loading plates and spherical hinge
试件的设计与制作 本文试验采用大坝水位变化区常用的三级配
了改造 , 设计制作了两套不同型号的加载板 , 尺寸 由于大尺寸试件在加载过程中 2 4 5 mmˑ5 5 mm. 容易发生偏心 , 在每个加载板中设计了球铰装置 , 如图 1 所示 , 通过一定程度的转动 , 保证了试件的 安装和对中 . 表1 分别为 1 4 5 mmˑ1 4 5 mmˑ4 5 mm 和 2 4 5 mmˑ
, 混凝 土 ( 最 大 骨 料 粒 径 80 mm ) 配合比见表 [ ] 各种材料质量均符合国家和行业规范对材料 1 17 . 参数的要求 . 所用水泥为大连小野田水泥有限公司 研制的 DK 三级配混凝土 6 型 萘 系 高 效 减 水 剂. 与湿筛二级配混凝土的立方体抗压强度见表 2 . 生产的 42. 粉煤灰为吉林双辽 5R 普通硅酸盐水泥 ; 市的一级粉煤灰 ; 减水剂选用大连建筑科学研究院
( mmˑmmˑmm) 2 5 0 ˑ2 5 0 ˑ2 5 0 1 50ˑ1 50ˑ1 50 试件尺寸/ 龄期/d 90 90 抗压强度/ MPa 19. 29
埋件 , 预埋件材料及形式如图 2 所示 .
混凝土 三级配 湿筛二级配
24. 51
件规格一般采用 规 则 的 长 棱 柱 体 . 本文三级配混 湿筛 二 级 配 混 凝 土 棱 柱 体 试 件 尺 寸 为 1 5 0 mm , 凝土棱柱体试件尺 寸 为 2 5 0 mm ˑ 2 5 0 mm ˑ 400 图2
第4期

璐等 :三级配混凝土及湿筛混凝土单轴动态拉伸性能试验研究
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1. 1
试验概况
试验装置 试验设备采用大连理工大学海岸和近海工程
液伺 服 试 验 系 统 , 每 向 出 力 最 大 压 力 为 2 5 00 最大拉力为 1 000 kN , 可满足大骨料试验的 kN , 加载要求 . 试验过程和数据采集均采用 FCS 多 通 道协调加载控制 系 统 进 行 精 确 控 制 , 既可以采用 荷载控制也可以 采 用 位 移 控 制 , 两者之间也可进 行平顺转换 . 为了便于加载 及 数 据 采 集 , 对试验装置进行 1. 2
全级配混凝土动态力学性能研究是水工结构 抗震非线性分析 和 设 计 的 基 础 , 国内外许多学者 对混凝土材料进 行 了 各 种 动 载 试 验 研 究 , 并取得
1 3] 了一定的成果 [ 美 国㊁ 日本等许多国家的混凝 .
混凝土试件的抗 压 强 度 普 遍 低 于 湿 筛 小 试 件 , 降 关于大骨料混凝土与湿筛小试件之间 3 0 %以 上. 的强 度 关 系 , 我国学者也进行了一些试验研 且仅局限于静态 试 验 , 二者强度之间的关系问题 仍需进一步研究 . 全级配混凝土动态拉伸强度是混凝土坝抗震 幅达 2 0 % 左右 , 而 抗 拉 强 度 的 降 幅 更 大, 甚至达
在混凝土直接 拉 伸 试 验 中 , 由于混凝土试件
垂直于拉应力方向 . 各种试件在不同应变速率下 ,
铰消除偏心外 , 在试验结束后 , 通过测量试件两侧 加载方向的变形 , 可以剔除两侧变形值相差较大 的试件 , 来保障试验数据精确可靠 . 在试件安装完毕后 , 将位移计夹具安装在试件
纯拉段以外的两侧边缘区域 , 如图 3 所示 , 这样可 以消除连接螺栓松动 ㊁ 加载装置变形及球铰转动造 成的位移测量误差 , 位移测量标距即为试件纯拉段 的长度 . 最后将位移传感器 ( 竖直安装在夹 LVDT) 具上 , 测量值取两只位移传感器读数的平均值 .
Fig. 2
水工大骨料混 凝 土 试 件 尺 寸 大 , 轴心受拉试
湿筛二级配混凝土的制 mmˑ1 5 0 mmˑ3 00 mm. 筛除超过该粒径的骨 40 mm 孔 径 筛 进 行 湿 筛 , 料, 再将筛下的混凝土拌和物翻拌均匀 . 方式有放大试件端部 ㊁ 试件两端嵌入预埋件 ㊁ 胶粘 和用摩擦锚夹等 几 种 . 本文试验采用螺栓作为预 在混凝土直接 拉 伸 试 验 中 , 加载拉力的传递 作方法 : 对刚拌制好的三级配混凝土拌和物 , 选用
关键词 :三级配混凝土 ; 湿筛混凝土 ; 单轴拉伸 ; 强度 ; 应变速率 中图分类号 : TU5 2 8 . 36 文献标识码 : A
doi : 10. 7 5 1 1/dll g xb2 0 1 4040 1 3
0


凝土湿筛试件的 有 差 异 , 更无法反映大骨料混凝 土的动态拉伸特性 .
1 0] 美国垦务局的静态试 验 研 究 [ 表 明: 全级配
[ 1, 3 5]
也 规 定: 混凝土动态强度标 2 000 )
主要是依据国外 早 期 少 量 的 小 试 件 的 试 验 结 果 .
设计中的控制性 指 标 之 一 , 也是强震时评价混凝 土坝抗裂性能的 依 据 . 国内对于全级配混凝土动 动态直接拉伸试验并不多见 , 并且离散性较大 . 单 轴动态拉伸强度是大坝混凝土动态抗力研究的基 础, 是开展多轴动态强度试验的前提条件 . 因此有 必要对全级配混凝土及湿筛混凝土进行单轴动态 拉伸强度试验 , 进而找出二者力学性能之间的关 系, 这对于准确分 析 混 凝 土 坝 在 地 震 作 用 下 的 可 靠性具有重要意义 .
每立方米三级配混凝土的配合比
石子质量/kg 2 0 ~40 mm 44 2 . 5 DK 6 减水剂 质量/ g 214
水质量/ 水泥质量/ 粉煤灰质量/ 砂子质量/ kg kg kg 53 kg 120 214 549
Tab. 1
Mix proportion of per cubic metre of three graded concrete
5 ~2 0 mm 44 2 . 5 40 ~8 0 mm 590. 0
表2
Tab. 2
三级 配 混 凝 土 与 湿 筛 二 级 配 混 凝 土 的 立 方体抗压强度
Cube compressive strength of three graded concrete and wet screened two graded concrete
三级配混凝土和湿筛二级配混凝土试件示 意图
Diagrammatic sketch of three graded concrete and wet screened two graded concrete specimens
护按 ‘ 水工混凝土 试 验 规 程 “ 规 定 进 行. 试件的预 埋螺栓要求垂直 无 偏 斜 , 因此试件制作时要非常
11 1 6] , 究[ 但由于试验条件的差异及试验数据较少 ,
土大坝抗震设计规范将地震作用下混凝土的动态 强度较静态值提高 , 我国 ‘ 水工建筑物抗震设计规 ( 范“ DL 5 0 7 3 准值可比静态强度标准 值 提 高 3 0 % , 而动态抗拉 强度标准值可取动态抗 压 强 度 标 准 值 的 1 0 % , 这 目前 , 在混凝土的 动 态 力 学 特 性 研 究 方 面 仍 存 在 一些亟需解决的 问 题 , 如混凝土动态压缩试验数 据较多 , 动态拉伸试验数据很少 ; 单轴试验开展较 多, 多轴试验开展较少 ; 普通混凝土的动态力学性 能试验较多 , 而针 对 水 工 大 骨 料 混 凝 土 展 开 的 动 态力学性能试验 较 少 ; 全级配混凝土动态弯拉试 [ 虽然进行了单轴动态拉伸强度试验 , 但是均 6 9] 采用小骨料的小 试 件 , 其试验结果必然与水工混 验较多 , 动态直接拉伸试验较少
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