混凝土原理與設(shè)計04.1多軸強度課件

1、第4章 多軸強度和本構(gòu)關(guān)系4. 1 試驗設(shè)備和方法 所有的混凝土多軸試驗裝置，按試件的應(yīng)力狀態(tài)分為兩大類：1、常規(guī)三軸試驗機 s1 = s2 s3或 s1 s2 = s32、真三軸試驗裝置 試驗裝置的構(gòu)造見圖。 60年代，Krupp通用建筑公司機架焊接整體結(jié)構(gòu)，三軸剛性連接 在設(shè)計混凝土的三軸試驗方法和試驗裝置時，有些試驗技術(shù)問題需要研究解決，否則影響試驗結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，決定三軸試驗的成敗。主要的技術(shù)難點和其解決措施有：(1). 消減試件表面的摩擦 (2). 施加拉力(3). 應(yīng)力和應(yīng)變的量測 (4). 應(yīng)力（變）途徑的控制 (5). 試件的尺寸 (6). 試件受力后的變形過程中，要求三

2、個方向施加的力始終保持居中，不產(chǎn)生偏心作用； 4.2.1二軸應(yīng)力狀態(tài)1.二軸受壓(C/C, 1 =0)32 隨應(yīng)力比例的變化規(guī)律為： 2 /3 =00. 2 f3隨應(yīng)力比的增大而提高較快； 2 /3 =0. 2 - 0. 7 f3變化平緩， 最大抗壓強度為(1. 251. 60) fc，發(fā)生在2 /3 0.30.6之間， 2 /3 =0. 71. 0 f3隨應(yīng)力比的增大而降低。 2 /3 = 1 (二軸等壓) fcc=(1.151.35) fcfcc 混凝土二軸受壓的應(yīng)力-應(yīng)變曲線為拋物線形，有峰點和下降段，與單軸受壓的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€相似。 試件破壞時，最大主壓應(yīng)力方向的強度f3和峰值應(yīng)變3

3、p，大于單軸受壓的相應(yīng)值(fc,p ）； 初始斜率隨應(yīng)力比2 / 3增大； 雙軸壓狀態(tài)下的抗拉延性比單軸壓狀態(tài)下大得多； 兩個受力方向的峰值應(yīng)變2p，3p隨應(yīng)力比例(2/3 )而變化； 3p的變化曲線與二軸抗壓強度的曲線相似，最大應(yīng)變值發(fā)生在2/3 0.25處，應(yīng)變3p在數(shù)值上最大；因為在2/3 =0.51.0 2/3 =00.2 只有2/3 0.25左右，由于2值適中，限制了該方向的拉斷，又不致引起3 方向的突然崩碎，從而使3方向的峰值應(yīng)變值3p最大。沿1（0應(yīng)力）方向的突然破壞沿2方向的突然脆性拉斷破壞 混凝土二軸受壓的體積應(yīng)變（v1+2+3）曲線也與單軸受壓體積應(yīng)變曲線相似。 在應(yīng)力較低

4、時，混凝土泊松比s0. 5，體積應(yīng)變?yōu)閴嚎s(v 1=2 3或12=3 ） 混凝土常規(guī)三軸抗壓強度 f3 隨側(cè)壓力（ 1=2 ）的加大而成倍地增長，峰值應(yīng)變3p的增長幅度更大。如：2.真三軸受壓（ 0 1 2 3） 混凝土的三軸抗壓強度 f3 隨應(yīng)力比1/3和2/3變化如圖，其一般規(guī)律為：隨應(yīng)力比（ 1/3 ）的加大，三軸抗壓強度成倍地增長； 第二主應(yīng)力（2或2/3 ）對混凝土三軸抗壓強度有明顯影響。當(dāng)1/3 =const，最高抗壓強度發(fā)生在2/3 =0. 30. 6之間，最高和最低強度相差20%-25；當(dāng)1/3 = const時，若1/3 0.15，則21時的抗壓強度低于23時的強度，即圖中1

5、/3等值線的左端低于右端；反之，若1/3 0.15，等值線的左端高于右端。322313.三軸拉壓 (T/C/C，T/T/C) 有一軸或二軸受拉的混凝土三軸拉壓試驗，技術(shù)難度大，已有試驗數(shù)據(jù)少，且離散度大。其一般規(guī)律為： 任意應(yīng)力比下的混凝土三軸拉壓強度分別不超過其單軸強度，即T/C/C T/T/C 隨應(yīng)力比1 /3 的加大，混凝土的三軸抗壓強度 f3 很快降低； 第二主應(yīng)力2 不論是拉壓或應(yīng)力比（ 2/3 ）的大小，對三軸抗壓強度f3的影響較小，變化幅度一般在10以內(nèi)。32231 混凝土在三軸拉壓應(yīng)力狀態(tài)下，大部分是拉斷破壞，其應(yīng)力-應(yīng)變曲線與單軸受拉曲線相似。 322314、三軸受拉(T/T

6、/T) 混凝土的三向主應(yīng)力都是受拉（ 1 2 3 0)的狀況，在實際結(jié)構(gòu)工程中極少可能出現(xiàn)。有關(guān)的試驗數(shù)據(jù)極少，文獻給出的混凝土三軸等拉強度為：4.2.3不同材料和加載途徑 上面介紹的混凝土多軸性能一般規(guī)律，主要根據(jù)強度等級為C20C50的普通混凝土，在單調(diào)比例加載情況下的試驗結(jié)果所作的概括。其它種結(jié)構(gòu)混凝土，或者不同加載途徑下的多軸性能，現(xiàn)有的試驗研究資料尚少。雖然有些問題已有初步的定性結(jié)論，但完整的規(guī)律和準(zhǔn)確的定量還有待進一步的試驗研究。 1.高強混凝土（C50）的多軸試驗結(jié)果表明，其多軸抗壓（C/ C，C/ C /C）強度的相對值（f3 fc）隨其強度等級的增高而減小；在二軸受拉（T/T

7、）和拉壓（T/C）應(yīng)力狀態(tài)下的強度相對值（f1 ft， f3 fc）則與混凝土強度等級的關(guān)系不明顯。 2.加氣混凝土和輕骨料混凝土的強度較低，性脆質(zhì)疏，雖然其二軸抗壓強度均大于相應(yīng)的單軸抗壓強度，但提高的幅度都小于普通混凝土的值。 3. 鋼纖維混凝土三軸性能試驗研究。 在多軸受壓（C/ C,C /C/ C）應(yīng)力狀態(tài)，鋼纖維混凝土極限強度的相對值（f3 fc ）、應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀等都與普通混凝土的接近； 在多軸拉壓(T/C,T/C/C,T/T/C)應(yīng)力狀態(tài)下，鋼纖維混凝土的強度相對值(f3 fc )和峰值應(yīng)變值等都超過普通混凝土; 鋼纖維體積含量(Vf，%）對于鋼纖維混凝土多軸強度和變形的影

8、響類似于它對其單軸性能的影響。 從這幾種結(jié)構(gòu)材料的多軸試驗結(jié)果，可看到一共同規(guī)律：混凝土類材料的性質(zhì)越脆”，即塑性變形發(fā)展較少者，其多軸抗壓強度提高的幅度越小；反之，“脆”性小，即塑性變形較大者，多軸抗壓強度的提高幅度大。3.片狀劈裂 主應(yīng)力2為壓，且能阻止在2的垂直方向發(fā)生受拉裂縫，沿1方向產(chǎn)生較大的拉應(yīng)變1 。4.斜剪破壞 (1 3 )較大，有剪切錯動的痕跡。5.擠壓流動 1和2都大，三方向的主應(yīng)變均為壓縮。在很高的壓應(yīng)力作用下，混凝土內(nèi)的部分水泥砂漿和軟弱粗骨料將因更高、且不均勻的微觀應(yīng)力而發(fā)生局部破碎，產(chǎn)生很大的壓縮變形和剪切移動，試件的塑性變形大增。 如果從混凝土破壞過程的主要受力原因和裂縫的特征分析，可歸納為兩種