预静载对混凝土动态强度的影响分析

混凝土的力学性能不仅取决于其本身的成分和内部结构特征，还取决于加载方式。有的学者可能并不同意把与加载历史的相关性作为混凝土材料的基本力学特性，或者说在这一节将要讨论的预静载作用下的动载强度不应该成为混凝土材料的本质特性。但事实上，混凝土在预静载作用下所表现出的与单纯动载作用下不同的破坏极限荷载或强度也是由混凝土微观结构特性决定的。正是混凝土材料微观结构的多孔性、蠕变性致使其在承载后表现出非线性变形特征，这种非线性变形性质决定了混凝土的强度与加载过程有关。

Kaplan（1980）等研究了混凝土在不同预静载水平下的动态抗压强度，其加载路径如图2.8（a）所示，动态加载速率R1为49.05MPa/s，静载加载速率R2为0.051MPa/s，试验结果见表2.1。为使该结果更加直观，根据表2.1的试验数据，图2.9给出了动态抗压强度增强因子（系数）随预静载水平的变化规律。该试验结果显示纯动载（无预静载时）动载增强系数约为1.60。随着预静载水平的提高，动载增强系数降低，可见预静载对动态抗压强度产生弱化现象。同时，Kaplan（1980）等还进行了不同加载路径对抗压强度影响的试验，其加载路径如图2.8（b）所示，先以加载速率R3为0.102MPa/s加载到某一荷载Pi后维持恒载值不变6min时间，再以R1（49.05MPa/s）的速率快速加载，试验结果见表2.2，增强因子（系数）随预载水平的变化规律在图2.9给出，在预载小于46.4%时，出现了慢速预载对动压强度的强化现象，说明加载路径影响最终的强化因子，不同加载历史条件下会得到不同的动态抗压强度。

图2.8　加载路径

表2.1　预静载对动态抗压强度的影响试验（平均值）

表2.2　不同加载路径对动态抗压强度的影响试验（平均值）

续表

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图2.9　动态抗压强度随慢速预载的变化规律

闫东明、林皋等（2006）也得到了类似的规律。在初始静态荷载较大时，动态抗压强度降低的趋势更为明显。同时发现，在应变率发生变化的位置，切线弹性模量也发生改变；在较大初始静态荷载作用时，切线模量的改变尤为显著。

但初始预静载对混凝土动态抗拉强度的影响规律与对动态抗压强度的影响规律有所不同。闫东明、林皋等（2005）进行了变幅循环荷载作用下混凝土的单轴动态拉伸试验，系统地研究了初始静载、循环频率、循环增幅对混凝土动态强度以及变形特性的影响。研究结果表明，在地震作用的频率范围内变幅循环荷载作用下混凝土的动强度主要取决于每一循环内最高加载速率时的动强度，循环增幅的影响相对较小，随着循环数的增加，混凝土产生的不可恢复永久变形也随之增加。表2.3列出了在分别施加1.6MPa、2.0MPa的预静载后再加动载时的动态抗拉强度和纯动态抗拉强度（即无预静载）。以应变率为10－5得到的拉伸强度作为准静态强度，并以此数据给出了图2.10所示的动拉强度增强系数随预静载变化的曲线。从图2.10曲线可看出，随着预静载的增加，动态抗拉强度增加，预静载对混凝土动态抗拉强度产生强化作用，但预静载达到某一临界点时动态抗拉强度趋于减小，并趋于静载强度，即预静载对混凝土动态抗拉强度产生弱化作用。

图2.10　动态抗拉强度随预静载的变化规律

表2.3　不同预静载下的混凝土动态抗拉强度（林皋等，2006）

① 预静载后的动载为循环加载，循环加载频率为2Hz，增幅为0.08 MPa。