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

冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则

孙豹 王乾峰 徐童淋 贺路翔

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[J]. 水利水运工程学报, 2019, (4): 107-115. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.015
引用本文: 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[J]. 水利水运工程学报, 2019, (4): 107-115. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.015
SUN Bao, WANG Qianfeng, XU Tonglin, HE Luxiang. Mechanical properties and failure criterion of freeze-thaw deteriorated concrete under compressive-shear stress[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (4): 107-115. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.015
Citation: SUN Bao, WANG Qianfeng, XU Tonglin, HE Luxiang. Mechanical properties and failure criterion of freeze-thaw deteriorated concrete under compressive-shear stress[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019, (4): 107-115. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.015

冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.015
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51579139

国家自然科学基金资助项目 51709155

三峡大学学位论文培优基金资助项目 2019SSPY020

详细信息
    作者简介:

    孙豹(1993—),男,湖北安陆人,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:sunbao1993@163.com

    通讯作者:

    王乾峰(E-mail:wangqianfeng1208@163.com)

  • 中图分类号: TU528

Mechanical properties and failure criterion of freeze-thaw deteriorated concrete under compressive-shear stress

  • 摘要: 为研究冻融劣化混凝土动静态抗剪性能,进行了不同冻融循环次数(0,10,25,35和50次)后混凝土在不同法向应力(0,3,6,9和12 MPa)下的压剪强度试验,混凝土强度等级为C30。研究分析了冻融循环次数和法向应力对混凝土剪切强度、峰值应变和黏聚力与摩擦系数的影响。分析结果表明:①随着冻融循环次数的增加,混凝土在相同法向应力状态下的剪切强度均逐渐降低,而且法向应力越大,剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的程度越小;当冻融循环次数相同且法向应力不大于单轴抗压强度50%时,剪切强度随法向应力的增大而增大,且冻融劣化程度会影响该增幅效果;②在法向应力相同时,剪切峰值变形随冻融循环次数的增加呈线性增长趋势,对某一冻融循环次数,法向应力的存在增大了混凝土的剪切峰值变形;③摩擦系数和黏聚力都随冻融劣化程度的加深而降低,黏聚力大幅度降低是由于冻融劣化作用起主导作用所致。基于上述试验分析和八面体应力空间二次抛物线形式的压剪破坏准则,构建了平面应力状态下考虑冻融循环次数的混凝土压剪破坏准则。
  • 图  1  剪切荷载-位移全曲线

    Figure  1.  Shear load-displacement curve

    图  2  不同法向应力下剪切强度与冻融循环次数的关系

    Figure  2.  Relationships between shear strength of concrete and freeze-thaw cycle times under different normal stresses

    图  3  不同冻融循环次数后剪切强度与法向应力的关系

    Figure  3.  Relationships between shear strength of concrete and normal stress after different freeze-thaw cycle times

    图  4  不同法向应力下剪切峰值变形与冻融循环次数的拟合

    Figure  4.  Fitting curves of shear peak deformation and freeze-thaw cycles under different normal stresses

    图  5  不同冻融循环次数后剪切峰值变形与法向应力的拟合

    Figure  5.  Fitting curves of shear peak deformation and normal stress after different freeze-thaw cycles

    图  6  不同冻融循环次数的混凝土压剪破坏准则模型与试验数据对比

    Figure  6.  Comparison between experimental data and compressive-shear failure criterion model of concrete with different freeze-thaw cycle times

    表  1  不同冻融循环次数和法向应力水平下混凝土剪切强度

    Table  1.   Shear strength of concrete under different freeze-thaw cycle times and normal stress levels

    冻融循环次数/次 不同法向应力下的剪切强度/MPa
    0 MPa 3MPa 6MPa 9MPa 12MPa
    0 4.699 8.510 11.682 14.416 17.129
    10 3.386 6.761 10.191 12.415 16.917
    25 2.994 6.480 10.109 12.070 14.663
    35 1.685 5.691 9.372 11.219 12.680
    50 1.468 5.448 7.921 9.590 12.670
    下载: 导出CSV

    表  2  不同冻融循环次数下混凝土的黏聚力与摩擦系数

    Table  2.   Cohesive stress and friction coefficients of concrete under different freeze-thaw cycles

    冻融循环
    次数/次
    黏聚力/
    MPa
    黏聚力
    降幅/%
    摩擦系数 摩擦系数
    降幅/%
    0 5.634 1.036
    10 4.154 26.27 1.003 3.19
    25 4.081 27.56 0.973 6.08
    35 4.052 28.12 0.916 11.49
    50 2.323 58.77 0.936 9.65
    下载: 导出CSV

    表  3  不同冻融循环次数混凝土抗压强度和抗拉强度

    Table  3.   Compressive strength and tensile strength of concrete during different freeze-thaw cycle times

    冻融循环次数/次 抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa
    0 45.39 4.10
    10 38.27 3.59
    25 32.38 2.63
    35 27.35 2.01
    50 19.80 1.06
    下载: 导出CSV

    表  4  不同冻融循环次数下模型参数计算结果

    Table  4.   Calculation results of model parameters under different freeze-thaw cycle times

    冻融循环
    次数/次
    模型参数
    a b c
    0 0.084 52 -4.097 87 15.755 45
    10 0.072 24 -4.517 20 17.144 29
    25 0.075 49 -4.066 66 15.763 09
    35 0.050 30 -4.655 34 17.755 87
    50 0.060 53 -3.659 77 14.677 09
    下载: 导出CSV
  • [1] HASAN M, UEDA T, SATO Y. Stress-strain relationship of frost-damaged concrete subjected to fatigue loading[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2008, 20(1): 37-45. doi:  10.1061/(ASCE)0899-1561(2008)20:1(37)
    [2] PENTTALA V, AL-NESHAWY F. Stress and strain state of concrete during freezing and thawing cycles[J]. Cement and Concrete Research, 2002, 32(9): 1407-1420. doi:  10.1016/S0008-8846(02)00785-8
    [3] 刘博文, 彭刚, 王孝政, 等.不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验[J].水利水运工程学报, 2017(1): 32-36. http://slsygcxb.cnjournals.org/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=201701005&flag=1

    LIU Bowen, PENG Gang, WANG Xiaozheng, et al. Experimental studies on dynamic properties of concrete under different freeze-thaw cycles[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(1): 32-36. (in Chinese) http://slsygcxb.cnjournals.org/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=201701005&flag=1
    [4] 柳琪, 彭刚, 徐童淋, 等.冻融劣化混凝土循环加卸载外包络线及能量演化[J].水利水运工程学报, 2017(6): 85-91. http://slsygcxb.cnjournals.org/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=201706012&flag=1

    LIU Qi, PENG Gang, XU Tonglin, et al. Study of outer envelope curve and energy evolution for freeze-thaw deteriorated concrete under cyclic loading and unloading test[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(6): 85-91. (in Chinese) http://slsygcxb.cnjournals.org/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=201706012&flag=1
    [5] 曹大富, 富立志, 杨忠伟.冻融循环作用下混凝土的受拉性能研究[J].建筑材料学报, 2012, 15(1): 48-52. doi:  10.3969/j.issn.1007-9629.2012.01.009

    CAO Dafu, FU Lizhi, YANG Zhongwei. Experimental study on tensile properties of concrete after freeze-thaw cycles[J]. Journal of Building Materials, 2012, 15(1): 48-52. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1007-9629.2012.01.009
    [6] 徐童淋, 彭刚, 杨乃鑫, 等.混凝土冻融劣化后动态单轴抗压特性试验研究[J].水利水运工程学报, 2017(6): 69-78. http://slsygcxb.cnjournals.org/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=201706010&flag=1

    XU Tonglin, PENG Gang, YANG Naixin, et al. Experimental studies of dynamic uniaxial compressive properties of concrete after freeze-thaw deterioration[J]. Hydro-Science and Engineering, 2017(6): 69-78. (in Chinese) http://slsygcxb.cnjournals.org/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=201706010&flag=1
    [7] 覃丽坤, 宋玉普, 陈浩然, 等.双轴拉压混凝土在冻融循环后的力学性能及破坏准则[J].岩石力学与工程学报, 2005, 24(10): 1740-1745. doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2005.10.018

    QIN Likun, SONG Yupu, CHEN Haoran, et al. Mechanical property and failure criterion of concrete under biaxial tension and compression after freeze-thaw cycling[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(10): 1740-1745. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2005.10.018
    [8] 宋玉普, 陈飞, 张众, 等.冻融环境下引气混凝土双轴拉-压强度和破坏准则的试验研究[J].水利学报, 2006, 37(8): 932-937. doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2006.08.006

    SONG Yupu, CHEN Fei, ZHANG Zhong, et al. Strength reduction of air-entrained concrete under biaxial tension-compression after freeze-thaw cycles and its failure criterion[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2006, 37(8): 932-937. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2006.08.006
    [9] 王立成, 刘汉勇.海水冻融后轻骨料混凝土的双轴压压强度和变形性能[J].水利学报, 2006, 37(2): 189-194. doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2006.02.010

    WANG Licheng, LIU Hanyong. Strength and deformation characteristics of lightweight aggregate concrete under biaxial compressive stress after freeze-thaw cycling in seawater[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2006, 37(2): 189-194. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2006.02.010
    [10] 宋玉普, 覃丽坤, 张众, 等.冻融循环后混凝土双轴压的试验研究[J].水利学报, 2004(1): 95-99. doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2004.01.018

    SONG Yupu, QIN Likun, ZHANG Zhong, et al. Experimental study on concrete behavior under biaxial compression after freezing and thawing cycle[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2004(1): 95-99. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2004.01.018
    [11] 田威, 张鹏坤, 谢永利, 等.冻融环境下基于CT技术混凝土孔隙结构的三维分布特征[J].长安大学学报(自然科学版), 2016(3): 49-55. doi:  10.3969/j.issn.1671-8879.2016.03.008

    TIAN Wei, ZHANG Pengkun, XIE Yongli, et al. 3D distribution characteristics on concrete porous structure under freeze-thaw environment based on CT technique[J]. Journal of Chang'an University(Natural Science Edition), 2016(3): 49-55. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1671-8879.2016.03.008
    [12] 宾峰.冻融循环作用下岩石动态力学特性及微观机理研究[D].长沙: 中南大学, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10533-1014398695.htm

    BIN Feng. Study on dynamic mechanical properties and microstructure mechanism of rock under freeze-thaw cycles[D]. Changsha: Central South University, 2014. (in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10533-1014398695.htm
    [13] RYSHKEWITCH E. Compression strength of porous sintered alumina and zirconia[J]. Journal of the American Ceramic Society, 2010, 36(2): 65-68. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=10.1111/j.1151-2916.1953.tb12837.x
    [14] 闻伟.碾压混凝土单轴动态和压剪静态性能试验研究[D].大连: 大连理工大学, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10141-1012394452.htm

    WEN Wei. Experimental research on properties of RCC under uniaxial dynamic and compression-shear static stress state[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2012. (in Chinese) http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10141-1012394452.htm
    [15] 宋玉普, 闻伟, 王怀亮.碾压混凝土压剪强度分析[J].水利与建筑工程学报, 2012, 10(6): 44-47. doi:  10.3969/j.issn.1672-1144.2012.06.011

    SONG Yupu, WEN Wei, WANG Huailiang. Analysis on compression-shear strength of roller compacted concrete[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering, 2012, 10(6): 44-47. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1672-1144.2012.06.011
    [16] BRESLER B, PISTER K S. Strength of concrete under combined stresses[J]. ACI Structural Journal, 1958, 1(1): 41-56.
    [17] 商怀帅, 宋玉普, 覃丽坤.普通混凝土冻融循环后性能的试验研究[J].混凝土与水泥制品, 2005(2): 9-11. doi:  10.3969/j.issn.1000-4637.2005.02.003

    SHANG Huaishuai, SONG Yupu, QIN Likun. Experimental study on the performance of ordinary concrete after freeze-thaw cycle[J]. China Concrete and Cement Products, 2005(2): 9-11. (in Chinese)) doi:  10.3969/j.issn.1000-4637.2005.02.003
  • [1] 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
    [2] 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
    [3] 肖洋, 彭刚, 黄超, 罗曦, 彭竹君.  压剪共同作用下混凝土的损伤演化研究 . 水利水运工程学报, 2018, (2): 112-119.
    [4] 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.
    [5] 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.
    [6] 宋迎俊, 许雷, 鲁洋, 钱智宇, 张雨灼, 李剑萍.  基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究 . 水利水运工程学报, 2017, (2): 51-58.
    [7] 杨乃鑫, 陈灯红, 彭刚, 肖杰, 徐童淋.  循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响 . 水利水运工程学报, 2017, (4): 89-96.
    [8] 柳琪, 彭刚, 徐童淋, 杨乃鑫.  冻融劣化混凝土循环加卸载外包络线及能量演化 . 水利水运工程学报, 2017, (6): 85-91.
    [9] 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.
    [10] 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.
    [11] 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.
    [12] 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.
    [13] 肖杰, 彭刚, 邓媛, 王孝政, 罗曦.  循环加卸载下混凝土滞回环特性研究 . 水利水运工程学报, 2016, (6): 97-102.
    [14] 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.
    [15] 洪斌.  基于可靠度随机有限元法的海洋混凝土结构耐久性分析 . 水利水运工程学报, 2014, (2): 26-32.
    [16] 赵联桢, 杨平, 刘成.  混凝土早期力学性能试验研究 . 水利水运工程学报, 2013, (1): 35-40.
    [17] 陈迅捷,欧阳幼玲.  海洋环境中混凝土抗冻融循环试验研究 . 水利水运工程学报, 2009, (2): -.
    [18] 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): -.
    [19] 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): -.
    [20] 何世钦,贡金鑫,赵国藩.  冻融循环下混凝土中氯离子的扩散性 . 水利水运工程学报, 2004, (4): 32-36.
  • abc:
  • 加载中
图(6) / 表 (4)
计量
  • 文章访问数:  119
  • HTML全文浏览量:  67
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-10-18
  • 刊出日期:  2019-08-01

/

返回文章
返回