混凝土动态试验抗压性能研究进展

张明虎 马映昌

（宁夏大学土木与水利工程学院 宁夏银川 750001）

1 引言

混凝土是目前已广泛应用的建筑材料，是房屋、军事、机场跑道等最主要建筑材料。实际使用中，混凝土除了承受静载荷外，有时会承受急剧作用的动载荷，如爆炸、飞机降落到跑道和地震等。而当下在混凝土结构的抗震计算中，都只将混凝土静态数值提高一定的百分比来作为动态参数[1]。忽视了荷载的多变性，显得过于粗糙。对于冲击试验的研究，Abrams[2]于1917年进行动载试验发现了混凝土的敏感性，拉开了混凝土动态性能研究的帷幕。

2 动载试验对轴向压缩的影响

2.1 动态单轴抗压

大量试验表明：混凝土单轴抗压强度在冲击作用下，有所增强，并且随着应变率的增长，提高的趋势也变大，同时离散性也有所上升，由于离散性的影响，关于多大加载速率才引起强度的提高目前还没有统一的结论。因为混凝土受各种因素的影响，如养护环境、实验仪器、几何尺寸与试件形状等因素，产生了各试验结果的差异。文献[3]进行了落锤试验，抗压强度分别了提高84%和85%。张玉敏[4]进行试验发现强度提高的幅度约在1～33%。张玉敏[4]指出存在一个临界应变率，当应变率高于某定值后，相应的抗拉和抗压强度都有较大比重增大。并其论文中拟合出抗压强度的临界应变率大约是40s-1。对于应变率引起混凝土强度增大的原因，学者们有不同的推论，普遍认为是由于砂浆存在的微小裂缝当应变率增加时，扩展较慢，使弹性模量较大的骨料破裂。应变率越大，强度较大的骨料破坏面积增加，使混凝土强度增强。有的学者认为因为砂浆的柔韧性造成的。

2.2 动态双轴抗压

总结资料得到比较一致的结论：混凝土动态双轴受压的抗压强度要高于单轴的。对于当前比较常用的定侧压和比例加载两种不同应力路径的双轴实验方法，侧应力水平应力比和应变率均对动态强度有影响。文献[5]建立了同时考虑应变速率和应力比影响的统一双轴比例抗压动态破坏准则。对于最大强度处应力比的数值，目前还没有一致结论。文献[5]发现最大抗压强度发生在应力比为0.75时，而文献[6]显示强度最高时，应力比为0.5，文献[7，8]的试验显示双轴强度最大处在应力比为0.25时，文献[8]还进一步测试了不同减磨方法，得到最大应力比从0.762减小到0.246。造成差异结论的原因还需要研究。

2.3 动态三轴抗压

由于多轴受力所需设备的复杂性，目前三轴动载试验进行的并不多，从仅有的资料来看，三轴受压情况下，抗压强度随着应变率以及围压的增加而上升。但学者们对于应变率与围压之间的影响未产生一致结论。Chen[9]进行了圆柱形试件的三轴动载试验，试验表明强度随着应变率和围压的增加而增加，但是他认为应变率和围压没有相互影响。而文献[5]通过实验得出，混凝土三轴抗压强度随着围压的增加而增强。当围压值较大时，增强趋势有所下降。当围压值大于混凝土的单轴强度时，不考虑应变率对三轴动态抗压强度的影响。姚家伟[10]进行应力比不同的三轴抗压试验，指出破坏形态与应力比有很大的关系，并得出三轴抗压条件下混凝土的破坏准则：

f0为混凝土单轴抗压强度，σotc和τotc分别为八面体正应力和剪应力。

3 结论与展望

目前在混凝土动态性能实验研究中多轴实验较少，但现实中混凝土结构所受多是复杂应力，所以迫切需要大量复杂应力下混凝土动载试验研究资料。混凝土属于敏感性材料，混凝土结构的一些性能都要受到应变率的影响。如果仍用混凝土的静态力学参数计算会过于简单粗糙。因此，建立混凝土的动态本构方程刻不容缓。

[1]黎展眉.拱坝[M].北京：水利电力出版社，1982.

[2]Abrams D A.Effect of Rate of Application of Load on the compressive strength of concrete[J].ASTM J，1917.17（PartⅡ）：364～377.

[3]Watstein D Effect of straining rate on the compressive strength and elastic properties of concrete[J].ACI Journal，1953（8）：729～744.

[4]张玉敏.不同应变率下混凝土力学性能的试验研究[D].北京：北京工业大学，2012.

[5]闫东明，林舉.双向应力状态下混凝土的动态压缩试验研究工程力学.2006，23（9）：104～108.

[6]关萍，王清湘.双向等比例加载下的混凝土动态抗压性能.沈阳工业大学学报，2008，30（6）：700～704.

[7]王传志，过镇海，张秀琴.二轴和三轴受压混凝土的强度试验.土木工程学报，1987，20（1）：15～26.

[8]尚世明.普通混凝土多轴动态性能试验研究[D].大连：大连理工大学.

[9]Chen Z，Hu Y，Li Q，et al.Behavior of concrete in water subjected to dynamic triaxial compression[J].Journal of Engineering Mechanics，2010，136（3）：379～389.

[10]姚家伟，宋玉普，张众.普通混凝土三轴压强度和变形试验研究建筑科学，2011，27（7）：28～31.