混凝土剪切应力—应变曲线的研究
董毓剥等：混凝土剪切应力一应变曲线的研究
混凝土剪切应力一应变曲线的研究
,
董毓利张洪源钟超英
(面画磊岛266033)
摘要本文利用自行设计的混凝土剪切试件对混凝土
吕一剪切强度，剪切应力一应变曲线进行了研究.为混凝
土站构的分析提供了必要的力学模型.
芒键词
l引言
应力一应变曲线，剪切模量，混凝土
随着计算机的发展，有限元已广泛应用于工程计
算中在对混凝土结构进行分析时，经常要用到混凝
t的剪切模量.一般仍按弹性理论来计算，这样就给
计算带来了误差.较之抗压试验和抗拉试验，混凝土
的抗剪试验要复杂得多，就所用试件来讲就有多种.
国外在这方面做了一些工作_IJ，但都存在程度不同
的缺点.文献【41利用四点受力等高变宽粱对混凝土的
剪切强度和变形进行了研究.而进行这种试验较为麻
烦.为此.本文设计了另一种抗剪试件.对混凝土的剪
切强度和变形进行丁研究
2试件制作和试验方法
在进行混凝土抗剪试验时.所用的抗剪试件有:
矩形粱取剪试件,.z"形试件,"8"形试件和薄壁
圆筒试件等，文献『41利用弹性有限元程序SAP一5对
常用的前三种混凝土抗剪试件进行了应力分析.结果
表明：矩形粱取剪面试件和"z"形试件在剪切而上
剪麻力分布不均匀.为克服上述缺点.我们对"Z"
形试件进行了改进.设计了形如图l的抗剪试件.根
据圣维南原理和混凝土单轴受压试验可知试件端部约吕
吕一
罔1试件形式和剪应力分布
周
L)国家自然科学基金项目【59578030)资助
I998—0324收到第1稿.19990714收到管教稿
D|'
束对剪切面影响已很小经利用sAP一91程序对试件进行了应力分析，结果表明：图1所示试件剪切面的
剪应力分布较为均匀,Y方向的正应力较之"Z"形
试件有较大的改善，其计算数值比剪应力小.比较接
近剪切状态
混凝土配台比为水：水泥：砂：碎石:l:202:
3.24:6，水泥为青岛产425硅酸盐承泥.砂为中砂，碎
石最大粒径为如m皿试件是用专制的钢摸浇筑的
振动台振捣密实,24h后脱模.浇承养护7d以后自
然养护.28d后开始实验.本次试验是在200t试验
机上进行的.为防止试件突然破坏，在试件两侧各放
置一10t螺旋千斤顶.试件的变形是由45.应变花来
测定的.为避免试验过程中的偏心影响.应变花在试
件两侧对称粘贴.而相应应变片串联后接入数据采集板.全部试验数据均由计算机采集.于是根据,
和45.方向的应变.便可得出剪应变
r=f2]
剪切应力则为
T=
P{2)
这样就可测得混凝土剪切应力一应变曲线.
3试验结果殛分析
利用上述方法分2批每批各3个混凝土纯剪切
试件进行了试验.同时对每批试件进行了3个轴心受压试件和3十立方体试件进行了试验
图2为两批试件的剪应力一剪应变曲线.由图可
见：在对试件施加荷载初期.剪切应力一剪切应变曲线基本呈线性.在应力达极限荷载的70%左右.应力一应变曲线开始弯曲.说明试件中的搬裂缝已进一步发展，直至达到极限荷载使试件剪切破坏图3为试件
的破坏照片，从而说明试件是沿着剪切面破坏的.
1/弱弓0
,
，第
11/
力学与实践1999年第2l卷
苜
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巳
三一
州￡】
a)第1批试件
(b)第2批试悻
圈2棍凝土剪切试件的应力-应变曲线
圈3混凝土剪切试件破坏形式照片
经对所进行的2组试件的剪切试验结果和轴心受
压结果进行比较，发现混凝土的剪切强度与轴心受压
强度之间有方程(3)的关系
=7.848".×10
力-剪切应变曲线方程
专一)+2.4012()
图4为方程(4)与试验结果的比较，说明方程(4)与
试验结果吻舍较好
芒
一00.20.40.60.81.0
'|'p
(a)
'|'.
(b)
圈4方程(4)与试验结果的比较
在分析混凝土结构时经常用到湿凝土的切线剪切
横量和割线剪切模量，一般均按弹性理论方法来处理.
文献【4】对此已做了分析：认为这种处理方法带来的
误差较大，应接混凝土实际演化规律来确定.对于混
凝土的剪切模量有两种方法来确定，一种是直接根据
混凝土剪切模量的试验结果经数据处理后求得【,
另一种方法便是根据混凝土剪应力一应变关系来求
得J.这里根据方程(4)求得的混凝土剪切切线模量
的演化方程为
.s=[--2,8997()叫㈣7L\,J
式中为混凝土的剪切破坏强度,fc为混凝土轴心同样一也可以推得混凝土剪切割线模量的演化方程
受压强度，单位均为MPa.4结论
在对混凝土剪切应力-应变曲线进行各自归一化
处理后，并对试验结果进行回归，可得混凝土剪切应花
丰文利用自行设计的一种剪切试件和450应变
对混凝土的剪切强度，剪切破坏形式，剪切应力.
第5期扬冬挎等：基于实验设计浩的渐架结构几何优化37 应变曲线和剪切切线模量进行了研究和分析.从而为
混凝土结构的分析提供了可靠依据.
参考文棘
lBorisBr髑lerKar]S+PisterFailureofplash concreteundelcombinedstres.~Proceedings—
Separate1955l674)1049~1059
2parkR,P舭llavTReil1forcedCoacreieStr,lcture~
l975319~323
3Pillai,KirkReinforcedConcreteDesign1983
207~214
4张琦，过镇海砼抗剪强度和剪切变形的研究建筑结构1992,11(5):17~2,1
5董韩利谢和平赵鹏.袒凝土受压全过程损伤的实验研
究实验力学.1995,l0(2):95～102 STUDYONSTRESs.STRAIN CUBVESOFCONCRETEUNDER
SHEARLOADING
DONGYuhZHANGHongyua~l
ZHONGChaoying (QingdaoInstituteofArchitectureandEngineering
QiugdaO266033,China】
AbstractInthispaper.theconcretestrengthun—dershearloadingshearstress-shearstrainellrve midtheshearmodulusarestudiedbyusingthespe—