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自密实混凝土真三轴压试验研究

曾振华  
【摘要】:自密实混凝土在工作性能上具有高流动性、高抗离析性和高填充性,可以在不需要振捣的情况下,依靠自身重力作用,即可填充每一个角落,并且能达到充分密实的优点,所以在工程中得到广泛应用。而工程中的钢筋混凝土和钢管混凝土等构件都存在约束效应,而且自密实混凝土具有另一个层面的复杂性—材料构成对约束效应的影响,如自密实混凝土的浆体体积含量较高是否影响约束混凝土的开裂膨胀特性以及轴向应力-应变关系。因此需要进一步的研究与探索。本文研究的是不同浆体体积含量的自密实混凝土在真三轴压加载下的的主动约束效应。研究分析不同浆体体积含量(34%、36%、40%)和不同的侧向围压(包括常规三轴压和真三轴压)对于约束混凝土的力学性能(包括破坏形态、轴向应力-应变曲线、轴向应力-横向应变曲线和体积应变-轴向应变曲线等)的影响规律。本文试验研究包括以下内容:(1)设计了一种简易的试验装置能实现真三轴压试验,克服现有的真三轴压试验设备的原理较复杂、研制费用较高和试验设备数量稀少,研究门槛较高的问题。该装置需要配合普通液压伺服压力机使用,轴向方向由普通液压伺服压力机提供最大主压应力,水平方向设置两个相互垂直的第一加载组件上分别连接油压千斤顶以及油路控制系统,使立方体试件两组相对的水平方向面所受到的应力大小是相互独立且恒定,可以实现真三轴压。本次试验中记录了侧向围压的波动情况,试验数据表明在加载过程中侧向围压稳定,波动较少。设置了轴向位移计和水平方向位移计,能够记录立方体试件在真三轴压加载过程中的形变,直观的分析混凝土在真三轴压下的强度和变形特征。(2)在单轴压下,随着浆体体积含量的增加,混凝土试件的抗压强度和峰值应变都在逐步降低,总的来说,混凝土随着浆体体积含量增加呈现“脆性”破坏。在常规三轴压加载下,约束混凝土的峰值应力和峰值应变都随着围压的增加,呈现线性增加的规律。在真三轴压加载下,保持最小主压应力_1不变,只提高中间主压应力_2,混凝土的抗压强度也随着提高,但提高强度并不明显。想要得到有效的约束需要同时增加最小和中间主压应力。混凝土的最小主压应力_1相同,其曲线的软化阶段基本相同,软化阶段下降趋势有很大的权重取决于最小主压应力_1的大小,中间主压应力_2的变化对其影响较小。自密实混凝土在真三轴压下,其体积随着轴向应变的增大呈现出先被压缩后膨胀的规律,而且随着浆体体积含量的增加,轴向加载下混凝土浆体中产生的微小裂缝受到侧向围压的约束,在浆体中发展的更慢,混凝土试件的体积膨胀的更慢。混凝土试件在不同的围压下会发生三种不同形态的破坏,有柱状破坏、斜剪破坏和挤压流动破坏。(3)在常规三轴压中,基于Popovics学者对于普通混凝土单轴抗压完整的应力-应变曲线的基础上,结合Zhou et al.在Popovics学者的模型上引入侧向围压的参数,再结合本文自密实混凝土真三轴压的应力-应变曲线在软化阶段特征,建立一个适用于自密实混凝土特性的应力-应变曲线模型,主要修正了约束混凝土的峰值应力和峰值应变,并且改变了其原来的模型曲线在软化阶段中都是相同的下降趋势,加入了与约束应力相关的形状系数,使模型曲线在不同的围压下,软化阶段随着围压而改变。在真三轴压中,引用了Yu et al.定义的等效围压,将等效围压带入上述的模型,从而能描绘出真三轴压下的应力-应变曲线。(4)验证了一些具有代表性的混凝土破坏准则,并把本文不同参量的真三轴压强度特征值带入Ottosen学者和过-王的破坏准则中,算出适用于本文不同浆体体积含量的自密实混凝土的破坏准则参数。


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