CN114935494A - 一种道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，通过单轴抗压实验获取透水混凝土应力‑应变曲线，采用分段式应力应变方程对得到的应力‑应变曲线进行最小二乘法拟合，给出透水混凝土单轴抗压的应力‑应变全曲线方程，拟合的相关系数在0.90~0.99之间。本发明提出了透水混凝土的本构模型，是透水混凝土结构受力性能研究的主要材性依据，更是透水混凝土弹塑性分析的基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种模型建立方法，尤其涉及一种道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法。
背景技术
自从透水混凝土被用作道路铺装材料，道路研究者们就一直在寻找和开发有效的试验手段来准确合理的评价透水混凝土的力学性能。尤其近些年来，我国为了解决城市建设过程中环境污染、交通拥挤、洪涝灾害、地下水补给不足等问题，提出了建设海绵城市的号召。透水混凝土作为主要的透水铺装材料，迫切的需要新的研究方法对其性能进行检验。
对于透水混凝土，压缩性能是透水混凝土的基本性能，为了消除立方体试件两端的竖向压应力不均匀和水平向摩阻约束的影响，最简单的方法是改用棱柱体试件进行单轴中心受压试验。透水混凝土试件在轴向压缩荷载作用下的应力-应变关系，全面体现了试件受力过程中各个阶段的变形及破坏特征，其中包含着最主要的力学性能指标(峰值应变、峰值应力、极限应变和弹性模量等)。所以透水混凝土本构关系是透水混凝土结构基本力学、变形性能的体现，是透水混凝土结构受力性能研究的主要材性依据，更是透水混凝土弹塑性分析的基础。因此，建立透水混凝土应力-应变全曲线的本构模型十分必要。
由于压缩性能是混凝土的基本性能，因此，建立透水混凝土抗压本构模型，分析透水混凝土的压缩应力-应变关系对于模拟结构行为和设计透水混凝土结构至关重要。
发明内容
发明目的：本发明旨在提供一种道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，为透水混凝土结构受力性能研究和模拟提供依据，同时也能作为透水混凝土弹塑性分析的基础。
技术方案：本发明所述的道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，包括以下步骤：
(1)制备透水混凝土抗压试件
透水混凝土混合料的搅拌工艺如下：
①首先将水泥与集料投入搅拌锅中混合，设定此过程的搅拌时间为50-70s；
②再一边加清水一边搅拌，搅拌时间为80-100s；
采用插捣法成型试件；
(2)获取单轴抗压实验应力-应变曲线
用刚套箍对试件两端进行约束，并在变形测量架与透水混凝土试件固定处，预先用水泥砂浆对试件表面进行处理，使表面平整，通过万能试验机进行单轴抗压实验，由力和位移传感器直接测量得到加载端的力和位移，从而得到应力-应变曲线。
进一步地，所述透水混凝土混合料以重量份数计由以下原料制成：水泥10％～20％，集料70％～85％，水10％～20％，原料的重量份数之和为100％。
进一步地，所述单轴抗压试验将试件成型拆模并标准养护至规定龄期后进行测试。
进一步地，所述单轴抗压实验的变形测量系统，包括变形测量支架、位移传感器及数据采集仪，所述变形测量架上设有位移计用来测量变形，位移量测标距定为试件中部的10cm～20cm。
进一步地，所述刚套箍由螺丝固定在试件上，距离试件端部0.5cm～1.5cm。
进一步地，所述单轴抗压实验加载前需调节初始力，采用位移控制法加载。
进一步地，所述最小二乘法拟合的相关系数在0.90～0.99之间。
本发明通过抗压本构模型的建立，全面分析试件受力过程中各个阶段的变形及破坏特征，其中包含着最主要的力学性能指标(峰值应变、峰值应力、极限应变和弹性模量等)。为透水混凝土结构受力性能研究和模拟提供依据，也是透水混凝土弹塑性分析的基础。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)曲线方程准确，本发明用刚套箍对试件两端进行约束，减少试件端部的破坏，使测得的透水混凝土应力-应变曲线更准确；(2)拟合简单方便，本发明采用分段式应力应变方程对得到的透水混凝土应力-应变曲线进行最小二乘法拟合，每个方程只有一个未知参数，使拟合简单方便，拟合的相关系数为0.90～0.99之间。本发明提出了透水混凝土的本构模型，是透水混凝土结构受力性能研究的主要材性依据，更是透水混凝土弹塑性分析的基础。
附图说明
图1为加套箍位移测量支架图；
图2为砂浆处理后试件表面图；
图3为实施例单轴抗压应力-应变曲线图；
图4为实施例试验曲线与拟合曲线比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
在以下的实施例中，采用本发明中的本构模型对不同集料组成透水混凝土的应力-应变曲线进行拟合。
实施例1-5，选用不同集料组成的透水混凝土进行单轴抗压本构模型的建立，集料组成如表1所示，实施例1和实施例2为级配式透水混凝土，实施例3-5为单一粒径透水混凝土。各实施例透水混凝土以重量份数计由以下原料制成：水泥13.7％，集料82％，水4.3％，原料的重量份数之和为100％。透水混凝土混合料的搅拌工艺如下：
①首先将水泥与集料投入搅拌锅中混合，设定此过程的搅拌时间为60s；
②再一边加清水一边搅拌，搅拌时间为90s；
采用插捣法成型试件，实验试件尺寸为150mm×150mm×300mm。
实施例1-5不同集料组成透水混凝土单轴抗压本构模型建立步骤如下：
(1)按照上述实施例1-5配合比制备150mm×150mm×300mm透水混凝土棱柱体试件，每组级配成型3个试件进行重复试验，成型1d后拆模，标准养护至28d后进行单轴抗压实验。
变形测量架安装前用刚套箍对试件两端进行约束(如图1所示)，套箍宽度为4cm，内径为15cm×15cm，由四根螺丝固定在试件上，距离试件端部1cm。并在变形测量架与透水混凝土试件固定处，预先用水泥砂浆对试件表面进行处理，使表面平整(如图2所示)。变形测量系统包括变形测量支架、位移传感器及数据采集仪，所述变形测量架上设有两个量程为50mm的位移计用来测量变形，位移量测标距定为试件中部的150mm(如图1所示)。
单轴抗压实验测试过程在量程为1000kN(100t)微机控制电液伺服万能试验机上进行；实验开始时调节初始力为1kN；采用位移控制法加载，加载速率为0.02mm/min；每次加载当荷载下降到极限荷载的30％时停止加载；由力和位移传感器直接测量得到加载端的力和位移，从而得到透水混凝土应力-应变曲线(如图3所示)。
(2)将实验得到的数据，按照下面的方程进行最小二乘法拟合：
上升段：y＝αax+(3-2αa)x2+(αa-2)x3(x≤1)
下降段：
横坐标为x＝ε/εc，纵坐标为y＝σ/fc，拟合后得到αa、α和相关系数如表2所示，拟合曲线如图4所示，拟合的相关系数在0.90～0.99之间。可见，该模型可以有效的拟合透水混凝土应力-应变全曲线，描述透水混凝土在单轴受压条件下的损伤演变过程。
表1实施例透水混凝土的集料组成
表2实施例拟合参数及相关系数
Claims (7)
1.一种道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备透水混凝土抗压试件
透水混凝土混合料的搅拌工艺如下：
①首先将水泥与集料投入搅拌锅中混合，设定此过程的搅拌时间为50-70s；
②再一边加清水一边搅拌，搅拌时间为80-100s；
采用插捣法成型试件；
(2)获取单轴抗压实验应力-应变曲线
用刚套箍对试件两端进行约束，并在变形测量架与透水混凝土试件固定处，预先用水泥砂浆对试件表面进行处理，使表面平整，通过万能试验机进行单轴抗压实验，由力和位移传感器直接测量得到加载端的力和位移，从而得到应力-应变曲线；
(3)建立透水混凝土本构模型
采用过镇海模型对得到的应力-应变曲线进行最小二乘法拟合，给出透水混凝土单轴抗压的应力-应变全曲线方程，所述应力-应变全曲线的基本方程为：
上升段：y＝αax+(3-2αa)x2+(αa-2)x3(x≤1)，
下降段：
其中，x＝ε/εc，y＝σ/fc，fc为透水混凝土极限应力，εc为透水混凝土峰值应变，αa为透水混凝土初量与峰值割线模量的比值，始切线模α为表征下降段脆性的参数。
2.如权利要求1所述的道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，其特征在于，所述透水混凝土混合料以重量份数计由以下原料制成：水泥10％～20％，集料70％～85％，水10％～20％，原料的重量份数之和为100％。
3.如权利要求1所述的道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，其特征在于，所述单轴抗压试验是将试件成型拆模并标准养护至规定龄期后进行的测试。
4.如权利要求1所述的道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，其特征在于，所述单轴抗压实验的变形测量系统，包括变形测量支架、位移传感器及数据采集仪，所述变形测量架上设有位移计用来测量变形，位移量测标距定为试件中部的10cm～20cm。
5.如权利要求1所述的道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，其特征在于，所述刚套箍由螺丝固定在试件上，距离试件端部0.5cm～1.5cm。
6.如权利要求1所述的道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，其特征在于，所述单轴抗压实验加载前需调节初始力，采用位移控制法加载。
7.如权利要求1所述的道路透水混凝土单轴抗压本构模型建立方法，其特征在于，所述最小二乘法拟合的相关系数在0.90～0.99之间。
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