应力三轴度对混凝土力学性能影响的实验研究【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述工程力学应力三轴度对混凝土力学性能影响的实验研究混凝土是土木工程中用途最广、用量最大的一种建筑材料。我国正处在快速城市化的进程当中，研究各种因素对混凝土力学性能的影响有利于我们更好地使用混凝土，有着重要的意义。实验研究的是应力三轴度对混凝土力学性能影响，应力三轴度属于一个比较新的课题，直接的文献较为难找，查阅的文献主要从3个方面入手一、霍普金森杆技术（实验研究的主要设备），二、对混凝土损伤的力学性能的研究，三、本构方程。1霍普金森杆技术由KOISKY1949提出的分离式HOPKINSON压杆简称SHPB可用于实测材料在高应变率下的动态应力应变曲线。由于其结构简单、测量方法巧妙、

2、加载波形易于控制、应变率范围宽、成本低而得到广泛应用，并成为测试材料动态力学性能实验系列中最基本的一种实验装置。在本实验中，SHOB也是一个十分重要的设备。胡时胜在文献1中简单地向我们介绍了霍普金森压杆技术（1）SHPB实验技术是建立在两个基本假设上面的，一是一维假定（又称平面假定），即任意一个应力脉冲都是以一个与材料性质有关的常数的速度在压杆中传播的。二是均匀假定。（2）SHPB实验技术具有以下几个优点一、实验设备简单，操作方便，二、测量方法巧妙简单（通过测量压杆上的应变来反推试件材料的应力应变关系，从而避开了在实验装置上同时测量应力应变的难题）（3）SHPB实验涉及到的应变范围为1E21E

3、4/秒，恰好包括了流动应力随应变率变化发生转折的应变率。（4）加载波形容易控制（利用输入干可直接测得入射波和反射波，两者之差即为冲击载荷，改变子弹的冲击速度和形状可调剂波形）。陈德兴等人在文献2中（1）介绍了国内最大尺寸的SHPB装置由总参工程兵科研三所研制的I100SHPB装置。（2）；讨论并在一定程度上解决了在大尺寸SHPB装置上测量混凝土类材料动态力学性能将会出现的三个问题一、试件两端和压杆端面之间不完全贴合的情况，会造成试件受力不均且维持短，这对对岩石、陶瓷和混凝土等破坏应变很小的脆性材料，影响十分明显。为确保混凝土试件两端与压杆端部完全贴合，在实验中采用了万向头技术。二、在人射杆的被

4、撞击端加垫了波形整形器，它既可消除由于大尺寸SHPB装置弥散效应产生的应力波波头的过冲和波形的震荡，又可将上升沿拉长，可以得到材料真实的响应特性，从而使使应力脉冲在混凝土试件破坏前有足够的时间来回反射以获得试件内的应力均匀分布。三、为减少波头不一致产生的误差，我们在试件的侧面直接贴应变片，利用实测到的试件应变，并采取新的数据处理方法，可较好地求得混凝土材料的应力一应变曲线。胡时胜、王道荣、刘剑飞在文献3中提出1、利用改装后的直锥变截面式SHPB将实验室原有的直径为37MM的SHPB改装为直锥变截面式直径为74MMSHPB装置并结合予留间隙法，可解决因原有装置杆径太细而无法实施混凝土材料冲击压缩

5、实验的困难2、在冲击加载下，混凝土材料的应变率效应比一般金属材料敏感得多，应变率只要有很小的变化就可导致流动应力的明显变化3、混凝土材料的内部的微裂纹、气泡等缺陷在外力作用下将不断地生成、发展、演化，直至最后导致宏观破裂。这种损伤软化效应严重影响着这类材料的力学性能，尤其是在其高速变形过程中。2对混凝土损伤的力学性能的研究文献4采用了普通混凝土与高强度混凝土的对比试验的除了以下结论（1）不同的破坏作用在混凝土上产生的细缝的范围和类型是不一样的。压缩扩大了细缝的长度、宽度以及范围；疲劳使细缝的数目增大了；融冻循环促进了细缝的弯曲；冲击更加显著地增加了细缝的宽度。垂直于载荷方向细缝的增长比平行于载

6、荷方向的更为明显。（2）连续的伤害不总是对混凝土的强度造成不利的影响。例如融冻循环与压缩融冻循环造成的损伤几乎是一样的。（3）混凝土收到破坏之后，细缝的范围和传播的类型反映了混凝土不同性能（抗弯曲强度、抗冲击强度和渗透性）的退化。（4）破坏作用对混凝土的不同性能的作用不总是一样的。压缩可以迅速增加混凝土的渗透性，而冲击对渗透性只有较小的影响。压缩还显著地降低了混凝土的抗冲击强度。疲劳加载对抗折强度有较明显的作用。而将压力增加到极限应力并突然卸去载荷这一作用与其他的破坏作用不同。（5）压缩所引起的细缝的传播似乎减小了普通强度混凝土与高强度混凝土之间的差距。文献5回顾了纯混凝土的动态抗压强度，同时

7、指出在高应变率下的混凝土力学性呢个与静态压缩下的十分不同。在高应变率下，沿轴方向的应变的变化具有不确定性和不一致性。在最大压应力时，随着应变率增加，临界压应变也随之增加。在快速加载时，在相同应变速率下，轴向应变的变化通常少于强度的变化；在冲击荷载作用下，吸收能量的能力的增大是因为强度和应变增大了。蠕变现象和冲击下细缝的拉伸现象都与应变率有关。在任何给定的应力水平,细缝的减少将大量减少拉伸变形。同时提到，在静态加载时，高强度混凝土的临界抗压应变和弹性常数都会增加。文献6利用损伤力学的观点，用弹性模量损伤和能量损伤相结合的方法定义损伤变量，分析了基体强度为40MPA、钢纤维含量为0和20的混凝土在

8、4种应变速率510,410,310,13105S下的单轴压缩试验数据，比较了普通混凝土和钢纤维混凝土在4种应变速率下的损伤特性，并对混凝土材料的损伤机理进行了分析。试验分析表明1、混凝土材料在加载初始阶段普通混凝土的损伤比钢纤维混凝土的损伤小，混凝土内部为微观裂纹的发育发展；当加载到一定程度时，普通混凝土的损伤则比钢纤维混凝土的损伤大，混凝土内部为宏观裂纹的发展和贯穿；2、混凝土在加载的初始阶段，普通混凝土的损伤比钢纤维混凝土的损伤小，但应变速率越大，两种混凝土之间的损伤差异越小；3、试验加载速率越高，普通混凝土损伤大于钢纤维混凝土损伤时材料的应变越小，对应的损伤值也相应越小；4、普通混凝土加

9、载速率越高，损伤程度会随应变加载速率的提高而增加；5、钢纤维混凝土在加载初始阶段，混凝土中仅有微观裂纹，不同加载速率下，损伤发展趋势一致；在峰值应变后应变速率越高，裂纹扩展和贯穿的速度越快，损伤程度也越大。文献7利用改装的直径为74MM直锥变截面式大尺寸霍普金森压杆对混凝土材料试件进行了冲击压缩实验，发现1、混凝土材料在准静态加载下，其应变率效应同于一般金属材料，即只有当应变率发生量级变化时，其流动应力才有变化；但在冲击加载下，混凝土材料的应变率效应比一般金属材料敏感得多，应变率只要有很小的变化就可导致流动应力的明显变化。2、混凝土材料的内部结构决定了它的破坏形式不同于一般的弹塑性材料，其内部

10、的微裂纹、气泡等缺陷在外力作用下将不断地生成、发展、演化，直至最后导致宏观破裂。这种损伤软化效应严重影响着这类材料的力学性能，尤其是在其高速变形过程中。文献8通过SHPB试验得到压杆中入射波与透射波应变随时间变化的时程曲线，求得在不同应变率条件下被测混凝土材料的应力与应变的关系，然后对混凝土的损伤因子采用WEIBULL函数，通过拟合得到了混凝土材料在冲击载荷下损伤因子的变化，确定了影响损伤因子变化的参数。实验发现，在冲击加载条件下，损伤软化效应十分明显，并且很快超过应变硬化效应和应变率硬化效应，导致试件材料很快破裂。混凝土是应变率敏感的材料，而且其高应变率的敏感性远大于低应变率嘲准静态试验的敏

11、感性。3本构方程文献9提出在理想情况下，钢筋混凝土本构关系可由混凝土粘弹性本构关系与一个依赖于增强钢筋特性的常量G的乘积表示，并通过假设损伤只发生在混凝土材料内部，得到强冲击载荷作用下钢筋混凝土损伤型本构关系。文献10完成了应变率有2101510S7个范围内的混凝土受压实验，发现应变率不同的全过程具有很好的相似性，峰值应力和峰值应变随应变率的增加有所提高，但弹性模量基本不变。在这个基础上，建立了考虑不可逆应变影响的损伤本构模型，文献11提出了一种新的损伤塑性本构模型，强调了应力三轴比对塑性屈服的影响。该文献中应力三轴比的定义2312/JIIR1I为有效应力空间中的第一应力不变量；2J为偏应力张

12、量的第二应力不变量目前混凝土的损伤研究，在理论上已逐步从简单应力情况发展到了多向或复杂应力情况，但由于试验设备和条件的限制，试验研究还主要围绕简单应力情况进行。同时，由于对混凝土及结构的损伤机理的深入认识和可靠度理论的应用，人们已经把研究兴趣更多地从对承载极限转移到使用极限状态上来。参考文献1、胡时胜。霍普金森压杆技术。兵器材料科学与工程。1991,1140472、陈德兴，胡时胜，张守保，巫绪涛，徐泽清。大尺寸HOPKINSON压杆及其应用实验力学2005,20（3）398402。3、胡时胜，王道荣，刘剑飞混凝土材料动态力学性能的实验研究。工程力学，2001,51151264、PARVIZSO

13、ROUSHIAN,MOHAMEDELZAFRANEYDAMAGEEFFECTSONCONCRETEPERFORMANCEANDMICROSTRUCTURE,CEMENTCONCRETECOMPOSITES2620048538595、BISCHOFFPH,PERRYSHCOMPRESSIVEBEHAVIOROFCONCRETEATHIGHSTRAINRATESMATERIALSANDSTRUCTURES,1991,144244254506、王乾峰，姜袁，马莉，梅世强。考虑应变率效应的混凝土损伤特性试验研究。混凝土。2010（7）48527、胡时胜，王道荣，刘剑飞。混凝土材料动态力学性能的实验研究。工程力学，18（5）1151198、蒋国平。焦楚杰。基于SHPB试验的钢纤混凝土损伤研究。混凝土，2009（3）24269、宁建国，刘海峰，商霖。强冲击载荷作用下混凝土材料动态力学特性及本构模型。中国科学（G辑）2008,38（6）759772。10、董毓利，谢和平，赵鹏。不同应变率想混凝土受压全过程的实验研究及其本构模型。水利学报，1997,7727711、沈新普，沈国晓，陈立新。混凝土损伤塑性本构模型研究。岩土力学。2004，251426