
兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (10): 2932-2943.doi: 10.12382/bgxb.2022.1019
收稿日期:2022-11-02
上线日期:2023-10-30
通讯作者:
基金资助:
NING Jianguo, YANG Shuai, LI Yuhui, XU Xiangzhao*(
)
Received:2022-11-02
Online:2023-10-30
摘要:
混凝土材料的力学性能与养护环境紧密相关,受施工环境的限制,部分混凝土构件需要在高海拔、高寒等低温环境下浇筑成型。为研究低温/常温养护下混凝土的力学性能和抗爆能力,开展多组低温/常温养护下混凝土材料的单轴抗压测试试验。结合单轴抗压测试试验结果引入与养护时间相关的损伤演化函数,修正塑性流动因子,并建立低温/常温养护下混凝土的本构模型。通过混凝土的爆炸冲击试验对比常温养护和低温养护下混凝土的抗爆性能。研究结果表明:低温养护下混凝土材料的抗压强度约为常温养护下的34.6%~56.8%,且混凝土的抗压强度与养护时间呈正相关关系,与试件内部含水率呈负相关关系;新建立的混凝土本构模型可以对低温/常温养护下混凝土的力学性能进行有效预测;低温养护成型后混凝土的抗爆性能有所降低,但仍具有明显的抗爆能力。
中图分类号:
宁建国, 杨帅, 李玉辉, 许香照. 低温/常温养护下混凝土的本构模型和抗爆试验[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 2932-2943.
NING Jianguo, YANG Shuai, LI Yuhui, XU Xiangzhao. Constitutive Model and Blast Resistance Test of Concrete under Low/Room Temperature Curing[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(10): 2932-2943.
| 试件 编号 | 试件 质量/g | 试件尺寸 (长×宽×高)/ mm3 | 抗压 强度/ MPa | 标准抗 压强度/ MPa | 平均抗 压强度/ MPa |
|---|---|---|---|---|---|
| 30-1 | 2288 | 99×99×101 | 26.28 | 24.97 | |
| 30-2 | 2289 | 99×100×99 | 29.38 | 27.91 | |
| 30-3 | 2265 | 99×101×99 | 30.91 | 29.36 | |
| 30-4 | 2242 | 100×100×100 | 29.60 | 28.12 | 29.40 |
| 30-5 | 2291 | 98×100×100 | 31.87 | 30.28 | |
| 30-6 | 2230 | 98×102×97 | 29.74 | 28.25 | |
| 30-7 | 2231 | 100×101×99 | 36.80 | 34.96 | |
| 30-8 | 2267 | 99×100×100 | 33.01 | 31.36 |
表1 常温养护下混凝土的抗压强度
Table 1 Compressive strength of concrete undernormal temperature curing
| 试件 编号 | 试件 质量/g | 试件尺寸 (长×宽×高)/ mm3 | 抗压 强度/ MPa | 标准抗 压强度/ MPa | 平均抗 压强度/ MPa |
|---|---|---|---|---|---|
| 30-1 | 2288 | 99×99×101 | 26.28 | 24.97 | |
| 30-2 | 2289 | 99×100×99 | 29.38 | 27.91 | |
| 30-3 | 2265 | 99×101×99 | 30.91 | 29.36 | |
| 30-4 | 2242 | 100×100×100 | 29.60 | 28.12 | 29.40 |
| 30-5 | 2291 | 98×100×100 | 31.87 | 30.28 | |
| 30-6 | 2230 | 98×102×97 | 29.74 | 28.25 | |
| 30-7 | 2231 | 100×101×99 | 36.80 | 34.96 | |
| 30-8 | 2267 | 99×100×100 | 33.01 | 31.36 |
| 养护天数/d | 质量损失/g | 含水率降幅/% | 抗压强度/MPa |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 11.67 | |
| 28(低温) | 0 | 0 | 8.57 |
| 0 | 0 | 10.25 | |
| 92 | 4.06 | 11.70 | |
| 40(常温) | 63 | 2.63 | 13.33 |
| 66 | 2.79 | 13.61 | |
| 74 | 3.19 | 14.64 | |
| 47(常温) | 78 | 3.30 | 14.63 |
| 95 | 4.08 | 14.50 | |
| 57(常温) | 121 | 5.33 | 14.68 |
| 125 | 5.52 | 14.67 | |
| 147 | 6.17 | 17.99 | |
| 71(常温) | 141 | 5.95 | 15.82 |
| 149 | 6.13 | 17.95 | |
| 167 | 6.62 | 16.50 | |
| 85(常温) | 180 | 7.62 | 15.43 |
| 169 | 6.78 | 16.86 | |
| 99(常温) | 179 | 7.05 | 16.06 |
| 183 | 7.42 | 17.41 |
表2 不同养护天数下试件参数变化
Table 2 Variation of specimen parameters under different curing days
| 养护天数/d | 质量损失/g | 含水率降幅/% | 抗压强度/MPa |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 11.67 | |
| 28(低温) | 0 | 0 | 8.57 |
| 0 | 0 | 10.25 | |
| 92 | 4.06 | 11.70 | |
| 40(常温) | 63 | 2.63 | 13.33 |
| 66 | 2.79 | 13.61 | |
| 74 | 3.19 | 14.64 | |
| 47(常温) | 78 | 3.30 | 14.63 |
| 95 | 4.08 | 14.50 | |
| 57(常温) | 121 | 5.33 | 14.68 |
| 125 | 5.52 | 14.67 | |
| 147 | 6.17 | 17.99 | |
| 71(常温) | 141 | 5.95 | 15.82 |
| 149 | 6.13 | 17.95 | |
| 167 | 6.62 | 16.50 | |
| 85(常温) | 180 | 7.62 | 15.43 |
| 169 | 6.78 | 16.86 | |
| 99(常温) | 179 | 7.05 | 16.06 |
| 183 | 7.42 | 17.41 |
| 试验 | E/GPa | σs0/MPa | εm | σm/MPa |
|---|---|---|---|---|
| T28 | 6.035 | 10.876 | 2.4×10-3 | 12.281 |
| T57 | 11.276 | 12.146 | 1.6×10-3 | 15.405 |
| T85 | 19.724 | 14.708 | 1.2×10-3 | 17.368 |
表3 不同养护时间下的混凝土材料参数
Table 3 Parameters of concrete materials after subjecting to different lengths of curing
| 试验 | E/GPa | σs0/MPa | εm | σm/MPa |
|---|---|---|---|---|
| T28 | 6.035 | 10.876 | 2.4×10-3 | 12.281 |
| T57 | 11.276 | 12.146 | 1.6×10-3 | 15.405 |
| T85 | 19.724 | 14.708 | 1.2×10-3 | 17.368 |
| 试验 | a | b | η | h | np |
|---|---|---|---|---|---|
| T28 | 102.34 | 2.69 | 3.74×10-5 | 5.78×103 | |
| T57 | 192.56 | 2.03 | 2.25×10-5 | 6.12×103 | 2.1 |
| T85 | 289.47 | 1.78 | 2.18×10-5 | 6.47×103 |
表4 本构模型中的参数
Table 4 Parameters in the concrete constitutive model
| 试验 | a | b | η | h | np |
|---|---|---|---|---|---|
| T28 | 102.34 | 2.69 | 3.74×10-5 | 5.78×103 | |
| T57 | 192.56 | 2.03 | 2.25×10-5 | 6.12×103 | 2.1 |
| T85 | 289.47 | 1.78 | 2.18×10-5 | 6.47×103 |
| [1] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124419 URL |
| [2] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126725 URL |
| [3] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127529 URL |
| [4] |
贾彬, 陶俊林, 李正良, 等. 高温混凝土动态力学性能的SHPB试验研究[J]. 兵工学报, 2009, 30(增刊2): 208-212.
|
|
|
|
| [5] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.126596 URL |
| [6] |
doi: 10.1016/j.jobe.2022.104906 URL |
| [7] |
施劲松, 许金余, 任韦波, 等. 高温后混凝土冲击破碎能耗及分形特征研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(5): 703-710.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.019 |
|
|
|
| [8] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128668 URL |
| [9] |
doi: 10.1016/j.coldregions.2022.103570 URL |
| [10] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129276 URL |
| [11] |
时旭东, 李亚强, 李俊林, 等. 不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究[J]. 工程力学, 2020, 37(4): 153-163.
|
|
|
|
| [12] |
时旭东, 汪文强, 田佳伦. 不同强度等级混凝土遭受超低温冻融循环作用的受压强度试验研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 211-220.
|
|
|
|
| [13] |
doi: 10.1016/j.conbuildmat.2004.04.033 URL |
| [14] |
doi: 10.1016/S0008-8846(02)00744-5 URL |
| [15] |
doi: 10.1016/S0008-8846(02)00745-7 URL |
| [16] |
康耕新, 颜海春, 张亚栋, 等. 接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟[J/OL]. 兵工学报, 2022(2022-08-15). https://doi.org/10.12382/bgxb.2022.0397.
|
|
|
|
| [17] |
doi: 10.1016/j.addma.2022.102821 URL |
| [18] |
宁建国, 刘海峰, 商霖. 强冲击荷载作用下混凝土材料动态力学特性及本构模型[J]. 中国科学, 2008, 38(6): 759-772.
|
|
|
|
| [19] |
doi: 10.1016/j.cemconcomp.2014.07.011 URL |
| [20] |
doi: 10.1016/j.engfracmech.2022.108401 URL |
| [1] | 刘举, 张国凯, 王振, 姚箭, 李杰, 于思远, 纪玉国. 温压炸药近爆作用下RC梁破坏特征和毁伤规律试验研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(3): 864-874. |
| [2] | 康耕新, 颜海春, 张亚栋, 刘明君, 郝礼楷. 接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2024, 45(1): 144-155. |
| [3] | 周广盼, 王荣, 王明洋, 丁建国, 张国凯. 涂覆聚脲混凝土自锚式悬索桥主梁抗爆性能试验与数值模拟[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 9-25. |
| [4] | 李旭, 岳松林, 邱艳宇, 王明洋, 邓树新, 刘念念. 近场水下爆炸气泡与混凝土组合板相互作用的试验研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 79-89. |
| [5] | 张丛琨, 张仲昊, 汪维, 李磊, 何翔. 超高强钢筋混凝土梁在静态加载下的抗弯性能试验[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 107-116. |
| [6] | 张仲昊, 汪维, 张国凯, 王振, 吴汩. 不同高温作用后混凝土劣化损伤性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 152-159. |
| [7] | 王佳, 尹建平, 李旭东, 伊建亚, 王志军. 基于量纲分析法的钢筋混凝土柱体缩比模型的构建[J]. 兵工学报, 2023, 44(S1): 189-195. |
| [8] | 刘泓甫, 黄风雷, 白志玲, 段卓平. 刚性弹体带攻角斜侵彻贯穿混凝土靶板的理论模型[J]. 兵工学报, 2023, 44(8): 2381-2390. |
| [9] | 王贵军, 吴艳青, 侯晓, 黄风雷. 基于细观结构的复合固体推进剂含损伤黏弹性本构模型[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3696-3706. |
| [10] | 夏柳, 武伟超, 潘艾刚, 王亚飞, 王强, 闫伸. 单点及三点阵列毁伤模式对钢筋混凝土梁的毁伤效能比较[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3851-3861. |
| [11] | 李萌, 武海军, 董恒, 任光, 张鹏, 黄风雷. 基于机器学习的混凝土侵彻深度预测模型[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3771-3782. |
| [12] | 许迎亮, 刘彦, 闫俊伯, 白帆, 于浩, 李旭, 王虹富. 双装药同步爆炸钢筋混凝土梁毁伤效应[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3719-3732. |
| [13] | 亓晓鹏, 张杰, 赵婷婷, 王志勇, 王志华. 考虑骨料级配的混凝土靶板接触爆炸破坏模式[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3641-3653. |
| [14] | 赵泽虎, 李祥龙, 胡启文, 王建国. 含铜石榴黑云片岩动态力学特性及损伤本构模型[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3805-3814. |
| [15] | 蒋明飞, 许辉, 黄陈磊, 刘坤, 吴志林. 弹道明胶动态力学性能试验与本构模型研究[J]. 兵工学报, 2022, 43(9): 2113-2120. |
| 阅读次数 | ||||||
|
全文 |
|
|||||
|
摘要 |
|
|||||
京公网安备11010802024360号 京ICP备05059581号-4