留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则

徐媛媛 彭刚 王乾峰 肖姝娈 李威 彭竹君

徐媛媛,彭刚,王乾峰,等. 真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则[J]. 水利水运工程学报,2021(1):133-141 doi:  10.12170/20200305003
引用本文: 徐媛媛,彭刚,王乾峰,等. 真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则[J]. 水利水运工程学报,2021(1):133-141 doi:  10.12170/20200305003
(XU Yuanyuan, PENG Gang, WANG Qianfeng, et al. Dynamic mechanical properties and failure criteria of concrete under true triaxial stress[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(1): 133-141. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200305003
Citation: (XU Yuanyuan, PENG Gang, WANG Qianfeng, et al. Dynamic mechanical properties and failure criteria of concrete under true triaxial stress[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(1): 133-141. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200305003

真三轴应力下混凝土的动态力学性能及破坏准则

doi: 10.12170/20200305003
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51579139,51279092)
详细信息
    作者简介:

    徐媛媛(1996—),女,四川平昌人,硕士研究生,主要从事混凝土材料动力性能方面的研究。E-mail:913741411@qq.com

    通讯作者:

    彭 刚(E-mail:gpeng158@126.com)

  • 中图分类号: TU528.01

Dynamic mechanical properties and failure criteria of concrete under true triaxial stress

  • 摘要: 为研究混凝土结构处于复杂应力状态下的静动态力学特性,进行了不同应力比及加载速率下的真三轴压缩试验。对混凝土的强度特性和变形特性展开了深入分析,并基于八面体应力空间建立了考虑应变速率效应的真三轴动态破坏准则。结果表明:真三轴受压下的混凝土极限抗压强度随着应力比的增大而增大。随着应变速率的增加,应力比较低时,混凝土的极限抗压强度逐渐增大;应力比较高时,极限抗压强度先减小后增加。随着应变速率的增加,侧向变形曲线的破坏峰值点更明显;随着应力比的增大,侧应力较大方向上的变形越来越小。基于八面体应力空间建立的真三轴动态破坏准则表达式中包含3个率效应参数,经验证与试验数据吻合较好。
  • 图  1  不同应变速率下混凝土的轴向应力-应变曲线

    Figure  1.  Axial stress-strain curves of concrete at different strain rates

    图  2  相同应力比下受应变速率影响的侧向应变(应力比σ2σ1=1∶1)

    Figure  2.  Effect of strain rate on lateral strain (σ2σ1=1∶1)

    图  3  应力比对侧向应变的影响

    Figure  3.  Effect of stress ratio on lateral strain

    图  4  八面体应力空间的真三轴静态破坏准则模型与试验数据的对比

    Figure  4.  Comparison of true triaxial static failure criterion model test data based on octahedral stress space and experimental data

    图  5  不同应变速率下混凝土动态破坏准则破坏包络面与试验点

    Figure  5.  Destruction envelope surface and test points of concrete dynamic failure criterion at different strain rates

    表  1  不同应变速率下混凝土的动态抗压强度

    Table  1.   Dynamic compressive strengths of concrete at different strain rates

    ${\sigma _1}:{\sigma _2}$不同应变速率下的极限抗压强度/MPa
    10−5/s10−4/s10−3/s10−2/s
    1∶152.31(−/−)54.49(−/4.17)55.61(−/6.31)58.78(−/12.37)
    2∶160.61(15.87/−)59.51(9.21/−1.81)67.99(22.26/12.18)69.76(18.68/15.10)
    3∶170.16(34.12/−)67.49(23.86/−3.81)72.76(30.84/3.71)83.21(41.56/18.60)
    4∶172.19(38.00/−)68.44(25.60/−5.19)73.48(32.13/1.79)94.36(60.53/30.71)
    0(单轴)36.65(−/−)37.28(−/1.72)38.92(−/4.45)40.28(−/9.90)
      注:表中括号内“/”前后数值分别表示极限抗压强度相对于1∶1下的增幅(%)和相对于10−5/s下的增幅(%)。
    下载: 导出CSV

    表  2  不同应变速率下破坏准则拟合参数值与相关系数

    Table  2.   Fitting parameters and correlation coefficients of failure criterion at different strain rates

    应变速率/s−1${\alpha _{\dot \varepsilon }}$${\beta _{\dot \varepsilon }}$${\gamma _{\dot \varepsilon }}$${R^2}$
    10−5 −0.342 −1.039 0.164 0.983
    10−4 −0.209 −0.958 0.172 0.972
    10−3 −0.386 −1.231 0.101 0.978
    10−2 −0.519 −1.494 0.031 0.993
    下载: 导出CSV
  • [1] TSVETKOV K. Experimental and theoretical studies of strength and stress-strain properties of the concrete under conditions of complex stress-strain states with presence of tensile stresses from the effect of a single-shot dynamic load of the general form[C]//Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Integration, Partnership and Innovation in Construction Science and Education 2016. Moscow, Russia: Curran Associates, Inc, 2016: 127-134.
    [2] SCHICKERT G, WINKLER H. Results of test concerning strength and strain of concrete subjected to multi-axial compressive stress[J]. Deutsche Ausschuss Fϋr Stahlbeton, 1977, 191: 2667-2698.
    [3] 孟顺意. 混凝土双轴动态试验研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2010.

    MENG Shunyi. Experimental study on concrete under dynamic biaxial compressive[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2010. (in Chinese)
    [4] LEE S K, SONG Y C, HAN S H. Biaxial behavior of plain concrete of nuclear containment building[J]. Nuclear Engineering and Design, 2004, 227(2): 143-153. doi:  10.1016/j.nucengdes.2003.09.001
    [5] 王怀亮. 双向应力下碾压混凝土动态力学性能[J]. 建筑材料学报,2015,18(5):847-851. (WANG Huailiang. Dynamic properties of RCC in biaxial stress states[J]. Journal of Building Materials, 2015, 18(5): 847-851. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1007-9629.2015.05.023
    [6] 尚世明, 宋玉普. 混凝土双轴拉压动态强度及破坏准则试验[J]. 沈阳建筑大学学报(自然科学版),2012,28(5):782-787. (SHANG Shiming, SONG Yupu. Experimental study of concrete dynamic strength and failure criterion under biaxial tensile-compressive load[J]. Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science), 2012, 28(5): 782-787. (in Chinese)
    [7] 商怀帅, 宋玉普. 不同水灰比混凝土冻融循环后双轴压试验研究[J]. 大连理工大学学报,2007,47(6):862-866. (SHANG Huaishuai, SONG Yupu. Experimental investigation on different w/c concrete under biaxial compression after freeze-thaw cycles[J]. Journal of Dalian University of Technology, 2007, 47(6): 862-866. (in Chinese) doi:  10.7511/dllgxb200706016
    [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, 2013.

    SHANG Shiming. Experimental study on the multi-axial dynamic behavior of plain concrete[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2013. (in Chinese)
    [9] 闫东明, 林皋, 徐平. 三向应力状态下混凝土动态强度和变形特性研究[J]. 工程力学,2007,24(3):58-64. (YAN Dongming, LIN Gao, XU Ping. Dynamic strength and deformation of concrete in triaxial stress states[J]. Engineering Mechanics, 2007, 24(3): 58-64. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-4750.2007.03.010
    [10] 田为, 彭刚, 陈学强, 等. 在有压水环境中的混凝土率效应特性研究[J]. 土木工程与管理学报,2014,31(4):50-54. (TIAN Wei, PENG Gang, CHEN Xueqiang, et al. Dynamic characteristic study of concrete under pressure of water environment[J]. Journal of Civil Engineering and Management, 2014, 31(4): 50-54. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.2095-0985.2014.04.010
    [11] 刘博文, 彭刚, 马小亮, 等. 水环境下混凝土动态抗压特性试验研究[J]. 硅酸盐通报,2016,35(11):3690-3696. (LIU Bowen, PENG Gang, MA Xiaoliang, et al. Experimental study on dynamic compressive properties of concrete under water environment[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2016, 35(11): 3690-3696. (in Chinese)
    [12] 杨乃鑫, 陈灯红, 彭刚, 等. 循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响[J]. 水利水运工程学报,2017(4):89-96. (YANG Naixin, CHEN Denghong, PENG Gang, et al. Mechanical properties of concrete under confining pressure after cyclic loading[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(4): 89-96. (in Chinese)
    [13] 施林林, 宋玉普, 沈璐, 等. 动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响[J]. 大连理工大学学报,2014,54(5):543-550. (SHI Linlin, SONG Yupu, SHEN Lu, et al. Effect of dynamic triaxial compressive loading history on strength of dam concrete under dynamic uniaxial compression[J]. Journal of Dalian University of Technology, 2014, 54(5): 543-550. (in Chinese) doi:  10.7511/dllgxb201405010
    [14] 宋玉普, 陈渊. 大骨料混凝土三轴受压动态强度试验研究[J]. 水利与建筑工程学报,2013,11(5):84-88. (SONG Yupu, CHEN Yuan. Experimental study on dynamic strength of large aggregate concrete under triaxial compression[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering, 2013, 11(5): 84-88. (in Chinese)
    [15] 宋玉普, 段小亮, 施林林. 大骨料混凝土在动态三轴拉压压应力状态下的强度[J]. 建筑材料学报,2015,18(5):721-726. (SONG Yupu, DUAN Xiaoliang, SHI Linlin. Strength of large aggregate concrete under dynamic triaxial compression-compression-tension stress state[J]. Journal of Building Materials, 2015, 18(5): 721-726. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1007-9629.2015.05.001
    [16] 宋玉普, 赵国藩. 复杂应力状态下混凝土的变形和强度特性[J]. 海洋工程, 1991, 9(2): 20-32.

    SONG Yupu, ZHAO Guofan. Behavior of deformation and strength of concrete under multiaxial stresses[J]. The Ocean Engineering, 1991, 9(2): 20-32. (in Chinese)
    [17] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 普通混凝土配合比设计规程: JGJ 55—2011[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2011.

    Ministry of Housing and Urban Rural Development of the People’s Republic of China. Specification for mix proportion design of ordinary concrete: JGJ 55—2011[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2011. (in Chinese)
    [18] BRESLER B, PISTER K S. Strength of concrete under combined stresses[J]. ACI Structural Journal, 1958, 55(9): 321-345.
  • [1] 甘磊, 冯先伟, 沈振中.  盐冻作用下水工混凝土强度演化模型 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 131-139. doi: 10.12170/20210725001
    [2] 梁甲, 王乾峰, 张修文, 肖洋.  水围压下粉煤灰混凝土的含水量及动态力学性能研究 . 水利水运工程学报, 2020, (6): 115-120. doi: 10.12170/20191010002
    [3] 苏晓栋, 陈灿明, 郭壮, 何建新, 徐静文.  混凝土双轴弹模-徐变试件垫层效果试验分析 . 水利水运工程学报, 2019, (3): 103-111. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.013
    [4] 胡钰泉, 胡少伟, 黄逸群.  带裂缝混凝土轴拉力学性能及Kaiser效应试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (3): 67-75. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.009
    [5] 孙豹, 王乾峰, 徐童淋, 贺路翔.  冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则 . 水利水运工程学报, 2019, (4): 107-115. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.015
    [6] 孙豹, 彭刚, 王乾峰, 杨紫辉.  混凝土剪切强度影响因素敏感性分析 . 水利水运工程学报, 2019, (3): 112-118. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.014
    [7] 程卓群, 彭刚, 孙尚鹏, 王普, 刘苗苗.  基于Najar能量法的混凝土动态双轴受压损伤特性分析 . 水利水运工程学报, 2019, (4): 100-106. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.014
    [8] 程卓群, 王乾峰, 王普, 孙尚鹏, 刘苗苗.  双轴受压混凝土动态力学特性及破坏准则研究 . 水利水运工程学报, 2019, (5): 101-107. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.013
    [9] 姚吉康, 王志亮.  华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究 . 水利水运工程学报, 2018, (3): 78-85. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.03.011
    [10] 肖洋, 彭刚, 王乾峰, 罗曦.  考虑率效应的混凝土压剪强度及破坏准则试验研究 . 水利水运工程学报, 2018, (4): 46-53. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.007
    [11] 谢京辉, 彭刚, 陈灯红, 操佩, 柳琪.  不同初始孔隙水压力下混凝土动态力学特性 . 水利水运工程学报, 2017, (3): 99-106. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.03.014
    [12] 刘博文, 彭刚, 王孝政, 马小亮, 邓媛.  不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验 . 水利水运工程学报, 2017, (1): 32-36. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.005
    [13] 徐童淋, 彭刚, 杨乃鑫, 柳琪.  混凝土冻融劣化后动态单轴抗压特性试验研究 . 水利水运工程学报, 2017, (6): 69-78. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.06.010
    [14] 赵井辉, 刘福胜, 韦梅, 程明.  花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响 . 水利水运工程学报, 2016, (2): 39-45.
    [15] 罗曦, 彭刚, 刘博文, 王孝政.  用改进Najar能量法分析混凝土单轴受压损伤特性 . 水利水运工程学报, 2016, (5): 103-108.
    [16] 马小亮, 彭刚, 肖杰, 胡伟华.  不同加载速率下混凝土损伤阶段的划分 . 水利水运工程学报, 2016, (6): 90-96.
    [17] 王孝政, 彭刚, 罗曦, 肖杰.  混凝土单轴循环加卸载试验及声发射特性 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 92-97.
    [18] 江培情, 王立成.  基于Ottosen模型的混凝土多轴动态强度准则 . 水利水运工程学报, 2015, (1): 74-81.
    [19] 贲能慧,任旭华,许朴.  复杂多滑动面混凝土重力坝稳定分析与安全评价 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [20] 魏巍巍,贡金鑫,李龙.  使用荷载下圆形截面钢筋混凝土构件钢筋应力的计算 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
  • 加载中
图(5) / 表 (2)
计量
  • 文章访问数:  630
  • HTML全文浏览量:  237
  • PDF下载量:  18
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-05
  • 网络出版日期:  2021-01-18
  • 刊出日期:  2021-02-15

/

返回文章
返回