围压作用下混凝土试件动态力学特性的研究

张睿

（江西理工大学建筑与测绘工程学院 江西赣州 341000）

针对地震频发导致建筑物破坏引发人员伤亡的问题，众多学者已经开始重视试件动态力学响应的相关研究[1-8]。一些混凝土试件在正常工作时处于围压作用下，其动态力学特性与应力环境密切相关。基于上述原因，本文开展不同围压工况下混凝土试件的动态力学特性的研究。

1 实验装置

混凝土试件选用直径50mm，长度50mm的圆柱形试件，密度2.44g/cm-3，单轴抗压强度11.4MPa。实验装置为动静组合加载实验装置，具体参数见文献[9]。设置3MPa，9MPa，15MPa及21MPa共4种围压工况，冲头的冲击速度为（15±0.2）m/s。

2 实验结果及分析

2.1 峰值应力

在不同的围压工况下，用（15±0.2）m/s的冲击速度撞击，得到应力波波形图，进而得到不同工况下的峰值应力，如表1所示。

表1 不同工况下的峰值应力汇总

峰值应力可以从一个侧面反应试件抵抗动荷载的能力，峰值应力越大，对应试件抵抗动载的能力越强。表1表示不同围压工况下的峰值应力汇总表。由表1可知：试件的峰值应力随着围压的增加逐渐增大；在试验的围压范围内，其与围压之间严格的符合线性增加的关系。混凝土试件作为一种类岩试件，与单轴压缩试验相比，围压的存在会明显的增加其抗压强度，增大其抵抗变形的能力，且随着围压的增加，其抗压强度越大，抵抗变形的能力越强。无围压工况下，动荷载作用于混凝土试件，其产生轴向变形及横向变形，更容易发生损伤，裂纹产生、发展、贯穿甚至发生宏观失效。存在围压工况下，围压的存在约束了混凝土发生横向变形，裂纹的产生变得困难，更不容易产生损伤破坏，峰值应力更高。

2.2 能量分析

通过能量分析确定其动态力学特性时需要进行如下假设：试验系统处于一维应力状态；混凝土试件与入射杆及透射杆之间的摩擦可忽略不计。入射波、反射波和透射波的能量分别按下式计算[10]：

式中：E0，c0，A和ρ0依次为弹性杆的弹性模量、纵波波速、横截面积及密度；εI（t），εR（t）和εT（t）为入射波、反射波和透射波的应变波。若装置无能量损失，与外侧无能量交换，则该试验严格满足能量守恒定律：

式中：WJ为应力波在试件传播过程中耗散的能量。即试件发生塑性变形，破裂的碎块发生弹射的那部分能量。与峰值应力的规律不同，耗散能随围压的增加不断减小，围压越大，耗散能越小。围压的存在，可以增加混凝土试件的抗压强度，增强抵抗变形的能力，增加致密性[11]，更利于应力波在试件中的传播。

3 结论

本文研究了不同围压工况下混凝土试件的应力波传播特性，结论如下：

（1）试件的峰值应力随着围压的增加逐渐增大；

（2）在试验的围压范围内，其与围压之间严格的符合线性增加的关系；

（3）与单轴压缩试验相比，围压的存在会明显的增加试件抗压强度，增大其抵抗变形的能力，且随着围压的增加，其抗压强度越大，抵抗变形的能力越强。