水泥砂浆石在准一维应变下的动态力学性能研究

　　1 引 言

　　大量已有试验结果表明,应力状态对混凝土力学性能有重要的影响。如在三向受压时,随着侧压力增加,试件的强度和延性都有显著提高。人们正努力把这种认识应用到工程实际中去。近年来,对各种工程混凝土柱体结构如桥墩、支撑等,为提高其强度及延性,广泛地采用柱体四周带侧压约束的结构形式[1]。这样必须更清楚地了解与掌握混凝土在复杂应力状态下的力学性能。尽管众多研究者采用了不同的加载技术进行了混凝土在多轴应力状态下的力学性能研究,但大多是在静态下进行的,动态的不多。Malvern采用Spli-tHopkinson Pressure Bar(SH-PB)及被动围压套筒装置进行了混凝土的动态冲击试验,但只给出了被动围压下的轴向应力应变曲线及试样的永久变形、残余强度[2]。至于被动围压与轴向应力之间的关系及如何求得混凝土的真实的弹性常数及动态屈服极限等,有待进一步深入研究。

　　水泥砂浆石为构成混凝土的基底材料。一维应力下SHPB冲击压缩试验表明,水泥砂浆石试样呈冲击脆化倾向,破坏发生时轴向应变不超过01005[3]。而一维应变试验中,由于试验压力高达10GPa量级,远超过试样的剪切(抗畸变)强度,所测得的实际上是材料的高压状态方程(流体动力学模型),难以确定应力偏量的影响[4]。因此有必要在SHPB装置上对水泥砂浆石在应变率时,且有围压的准一维应变条件下,对其动态力学行为作进一步深入的研究。

　　本文中,改进了Malvern的试验方法,采用/油膜0作为传递压力的耦合介质。在研究被动围压下试样的动态响应时,计及试样的径向变形(),分析推得了水泥砂浆石动态下的泊松比ν₂、杨氏模量E₂、动态压缩强度Y。并分析了试样外周的摩擦力效应及其对被动围压下轴向应力应变关系的影响,完成了对材料弹性常数的修正。

　　2 试验方法

　　试验在宁波大学自制电脑化SHPB装置上进行,被动围压套筒装置示意图见图1。由瞬态波形存储器记录输入、输出压杆上应力波的入射、反射和透射波形以及套筒外壁环向应变的脉冲波形。由入射、反射及透射波形经一维应力波理论处理可得到试样的准侧限轴向应力应变曲线。由套筒外壁环向应变片记录的脉冲波形可算得套筒外壁环向应变。再由厚壁圆筒弹性理论[5],可进一步求得圆筒内壁处压力p₁。从而可确定试样所受围压p₂,或试样外径处径向应力

　　这样通过实测波形,一方面可求得被动围压下的准侧限轴向应力应变关系;另一方面,由试样外径处的径向应力时程曲线及准侧限轴向应力时程曲线σ₂-t,消去时间t,即可求得相应的关系,即轴向应力与被动围压关系σ₂-p。