張睿
(江西理工大學建筑與測繪工程學院 江西贛州 341000)
針對地震頻發導致建筑物破壞引發人員傷亡的問題,眾多學者已經開始重視試件動態力學響應的相關研究[1-8]。一些混凝土試件在正常工作時處于圍壓作用下,其動態力學特性與應力環境密切相關?;谏鲜鲈?,本文開展不同圍壓工況下混凝土試件的動態力學特性的研究。
混凝土試件選用直徑50mm,長度50mm的圓柱形試件,密度2.44g/cm-3,單軸抗壓強度11.4MPa。實驗裝置為動靜組合加載實驗裝置,具體參數見文獻[9]。設置3MPa,9MPa,15MPa及21MPa共4種圍壓工況,沖頭的沖擊速度為(15±0.2)m/s。
在不同的圍壓工況下,用(15±0.2)m/s的沖擊速度撞擊,得到應力波波形圖,進而得到不同工況下的峰值應力,如表1所示。
表1 不同工況下的峰值應力匯總
峰值應力可以從一個側面反應試件抵抗動荷載的能力,峰值應力越大,對應試件抵抗動載的能力越強。表1表示不同圍壓工況下的峰值應力匯總表。由表1可知:試件的峰值應力隨著圍壓的增加逐漸增大;在試驗的圍壓范圍內,其與圍壓之間嚴格的符合線性增加的關系?;炷猎嚰鳛橐环N類巖試件,與單軸壓縮試驗相比,圍壓的存在會明顯的增加其抗壓強度,增大其抵抗變形的能力,且隨著圍壓的增加,其抗壓強度越大,抵抗變形的能力越強。無圍壓工況下,動荷載作用于混凝土試件,其產生軸向變形及橫向變形,更容易發生損傷,裂紋產生、發展、貫穿甚至發生宏觀失效。存在圍壓工況下,圍壓的存在約束了混凝土發生橫向變形,裂紋的產生變得困難,更不容易產生損傷破壞,峰值應力更高。
通過能量分析確定其動態力學特性時需要進行如下假設:試驗系統處于一維應力狀態;混凝土試件與入射桿及透射桿之間的摩擦可忽略不計。入射波、反射波和透射波的能量分別按下式計算[10]:
式中:E0,c0,A和ρ0依次為彈性桿的彈性模量、縱波波速、橫截面積及密度;εI(t),εR(t)和εT(t)為入射波、反射波和透射波的應變波。若裝置無能量損失,與外側無能量交換,則該試驗嚴格滿足能量守恒定律:
式中:WJ為應力波在試件傳播過程中耗散的能量。即試件發生塑性變形,破裂的碎塊發生彈射的那部分能量。與峰值應力的規律不同,耗散能隨圍壓的增加不斷減小,圍壓越大,耗散能越小。圍壓的存在,可以增加混凝土試件的抗壓強度,增強抵抗變形的能力,增加致密性[11],更利于應力波在試件中的傳播。
本文研究了不同圍壓工況下混凝土試件的應力波傳播特性,結論如下:
(1)試件的峰值應力隨著圍壓的增加逐漸增大;
(2)在試驗的圍壓范圍內,其與圍壓之間嚴格的符合線性增加的關系;
(3)與單軸壓縮試驗相比,圍壓的存在會明顯的增加試件抗壓強度,增大其抵抗變形的能力,且隨著圍壓的增加,其抗壓強度越大,抵抗變形的能力越強。