混凝土原理与设计04.1多轴强度课件

1、第4章 多轴强度和本构关系4. 1 试验设备和方法 所有的混凝土多轴试验装置，按试件的应力状态分为两大类：1、常规三轴试验机 s1 = s2 s3或 s1 s2 = s32、真三轴试验装置 试验装置的构造见图。 60年代，Krupp通用建筑公司机架焊接整体结构，三轴刚性连接 在设计混凝土的三轴试验方法和试验装置时，有些试验技术问题需要研究解决，否则影响试验结果的可靠性和准确性，决定三轴试验的成败。主要的技术难点和其解决措施有：(1). 消减试件表面的摩擦 (2). 施加拉力(3). 应力和应变的量测 (4). 应力（变）途径的控制 (5). 试件的尺寸 (6). 试件受力后的变形过程中，要求三

2、个方向施加的力始终保持居中，不产生偏心作用； 4.2.1二轴应力状态1.二轴受压(C/C, 1 =0)32 随应力比例的变化规律为： 2 /3 =00. 2 f3随应力比的增大而提高较快； 2 /3 =0. 2 - 0. 7 f3变化平缓， 最大抗压强度为(1. 251. 60) fc，发生在2 /3 0.30.6之间， 2 /3 =0. 71. 0 f3随应力比的增大而降低。 2 /3 = 1 (二轴等压) fcc=(1.151.35) fcfcc 混凝土二轴受压的应力-应变曲线为抛物线形，有峰点和下降段，与单轴受压的应力-应变全曲线相似。 试件破坏时，最大主压应力方向的强度f3和峰值应变3

3、p，大于单轴受压的相应值(fc,p ）； 初始斜率随应力比2 / 3增大； 双轴压状态下的抗拉延性比单轴压状态下大得多； 两个受力方向的峰值应变2p，3p随应力比例(2/3 )而变化； 3p的变化曲线与二轴抗压强度的曲线相似，最大应变值发生在2/3 0.25处，应变3p在数值上最大；因为在2/3 =0.51.0 2/3 =00.2 只有2/3 0.25左右，由于2值适中，限制了该方向的拉断，又不致引起3 方向的突然崩碎，从而使3方向的峰值应变值3p最大。沿1（0应力）方向的突然破坏沿2方向的突然脆性拉断破坏 混凝土二轴受压的体积应变（v1+2+3）曲线也与单轴受压体积应变曲线相似。 在应力较低

4、时，混凝土泊松比s0. 5，体积应变为压缩(v 1=2 3或12=3 ） 混凝土常规三轴抗压强度 f3 随侧压力（ 1=2 ）的加大而成倍地增长，峰值应变3p的增长幅度更大。如：2.真三轴受压（ 0 1 2 3） 混凝土的三轴抗压强度 f3 随应力比1/3和2/3变化如图，其一般规律为：随应力比（ 1/3 ）的加大，三轴抗压强度成倍地增长； 第二主应力（2或2/3 ）对混凝土三轴抗压强度有明显影响。当1/3 =const，最高抗压强度发生在2/3 =0. 30. 6之间，最高和最低强度相差20%-25；当1/3 = const时，若1/3 0.15，则21时的抗压强度低于23时的强度，即图中1

5、/3等值线的左端低于右端；反之，若1/3 0.15，等值线的左端高于右端。322313.三轴拉压 (T/C/C，T/T/C) 有一轴或二轴受拉的混凝土三轴拉压试验，技术难度大，已有试验数据少，且离散度大。其一般规律为： 任意应力比下的混凝土三轴拉压强度分别不超过其单轴强度，即T/C/C T/T/C 随应力比1 /3 的加大，混凝土的三轴抗压强度 f3 很快降低； 第二主应力2 不论是拉压或应力比（ 2/3 ）的大小，对三轴抗压强度f3的影响较小，变化幅度一般在10以内。32231 混凝土在三轴拉压应力状态下，大部分是拉断破坏，其应力-应变曲线与单轴受拉曲线相似。 322314、三轴受拉(T/T

6、/T) 混凝土的三向主应力都是受拉（ 1 2 3 0)的状况，在实际结构工程中极少可能出现。有关的试验数据极少，文献给出的混凝土三轴等拉强度为：4.2.3不同材料和加载途径 上面介绍的混凝土多轴性能一般规律，主要根据强度等级为C20C50的普通混凝土，在单调比例加载情况下的试验结果所作的概括。其它种结构混凝土，或者不同加载途径下的多轴性能，现有的试验研究资料尚少。虽然有些问题已有初步的定性结论，但完整的规律和准确的定量还有待进一步的试验研究。 1.高强混凝土（C50）的多轴试验结果表明，其多轴抗压（C/ C，C/ C /C）强度的相对值（f3 fc）随其强度等级的增高而减小；在二轴受拉（T/T

7、）和拉压（T/C）应力状态下的强度相对值（f1 ft， f3 fc）则与混凝土强度等级的关系不明显。 2.加气混凝土和轻骨料混凝土的强度较低，性脆质疏，虽然其二轴抗压强度均大于相应的单轴抗压强度，但提高的幅度都小于普通混凝土的值。 3. 钢纤维混凝土三轴性能试验研究。 在多轴受压（C/ C,C /C/ C）应力状态，钢纤维混凝土极限强度的相对值（f3 fc ）、应力-应变曲线的形状等都与普通混凝土的接近； 在多轴拉压(T/C,T/C/C,T/T/C)应力状态下，钢纤维混凝土的强度相对值(f3 fc )和峰值应变值等都超过普通混凝土; 钢纤维体积含量(Vf，%）对于钢纤维混凝土多轴强度和变形的影

8、响类似于它对其单轴性能的影响。 从这几种结构材料的多轴试验结果，可看到一共同规律：混凝土类材料的性质越脆”，即塑性变形发展较少者，其多轴抗压强度提高的幅度越小；反之，“脆”性小，即塑性变形较大者，多轴抗压强度的提高幅度大。3.片状劈裂 主应力2为压，且能阻止在2的垂直方向发生受拉裂缝，沿1方向产生较大的拉应变1 。4.斜剪破坏 (1 3 )较大，有剪切错动的痕迹。5.挤压流动 1和2都大，三方向的主应变均为压缩。在很高的压应力作用下，混凝土内的部分水泥砂浆和软弱粗骨料将因更高、且不均匀的微观应力而发生局部破碎，产生很大的压缩变形和剪切移动，试件的塑性变形大增。 如果从混凝土破坏过程的主要受力原因和裂缝的特征分析，可归纳为两种