冻融循环作用下煤矸石混凝土的损伤特性及本构关系

考虑煤矸石粗骨料取代率（0、20%、40%、60%）的影响,开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验,研究煤矸石混凝土的损伤本构模型。研究结果表明：不同取代率的煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性,所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数。煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤发展情况、力学性能、应力–应变曲线有紧密联系,基于受压声发射特性,采用PBS平行杆力学模型建立了未冻融循环作用下煤矸石混凝土的荷载损伤模型,并结合其冻融损伤模型,建立了煤矸石混凝土冻融损伤本构关系,计算结果与试验数据符合较好。该模型能较准确地反映混凝土在冻融和单轴受压荷载作用下的全过程损伤特征。     

冻融损伤混凝土重复受压本构关系

为研究冻融损伤对混凝土重复受压力学性能的影响,完成了两种强度等级混凝土试块的快速冻融及重复受压试验.结果表明,冻融损伤混凝土重复受压力学性能显著降低,动力本构特征曲线也发生改变,包络线及再加载曲线在峰值应力之前因存在明显压实效应而表现出下凹形态,卸载曲线应变滞后现象严重且曲线逐渐趋于重合.在试验研究基础上,探讨了冻融循环次数、混凝土强度等级与冻融后混凝土力学性能参数及本构模型参数之间的关系,建立了冻融损伤混凝土动力本构模型.     

青岛海湾大桥混凝土墩的时变可靠度

分析了北方海域混凝土结构时变可靠度产生的原因,通过大量室内冻融试验研究,得出了混凝土结构在冻融作用下的弹性模量、抗拉、抗压等力学性能指标的损伤规律。建立了混凝土墩力学参数随冻融次数的衰减规律,继而转化为强度随时间的衰减规律。推导了混凝土结构在冻融环境下的时变可靠度的计算方法,并应用可靠度理论对海湾桥沧口段航道桥墩柱下部结构进行了数值分析,得出可靠度随时间的变化规律,为维护决策提供依据。     

混凝土力学性质的损伤检测分析

冻融循环将直接导致混凝土内部结构损伤,使混凝土材料的结构松散,力学性能退化.这种性能退化所反映的混凝土本构行为的变化特性,既是工程中关于混凝土耐久性寿命评价、在役结构稳定性判断的重要参数,也是本构理论研究中的空白.基于这种指导思想,从冻融过程中的宏、细观试验建立混凝土力学性能退化规律的基本认识,屈服破坏面改变与本构模型参数的变化规律,得到关于冻融损伤发展的有益结论.     

冻融对CACB材料粘弹性力学行为的影响

为了研究冻融循环作用下水泥沥青复合胶结料的粘弹性力学行为,本文进行了CACB材料的冻融及蠕变试验。建立了四元件五参数的粘弹性力学模型,通过对蠕变试验结果的拟合分析,建立了CACB材料的本构方程。基于本构方程参数随冻融次数的变化,分析了冻融对CACB材料粘弹性力学行为的影响规律。研究表明:冻融作用降低了CACB材料抵抗瞬时弹性变形及剪切流动变形的能力,CACB材料的弹性性能受冻融作用的影响更为显著。粘弹性本构方程材料参数的变化可以反映CACB材料宏观力学性能的冻融损伤过程。冻融循环作用没有改变CACB材料的粘弹性属性,随着沥青含量的增加及温度的提高,CACB材料趋向于粘性材料的性质,抵抗载荷的能力降低、变形能力增强。     

混凝土的酸和冻融双重腐蚀效应与破裂特征

为了研究混凝土在各种侵蚀环境条件下的力学特性，采用模拟试验的方法进行了混凝土在酸腐蚀和冻融循环共同作用下的破裂过程试验，采用高精度数码照相机实时观测混凝土试件的荷载破裂过程，探讨了不同pH值和冻融循环次数下混凝土的表面侵蚀特征和力学性能，对酸和冻融双重腐蚀下混凝土的破裂过程进行了分析，得到了一些有益的结果.为进一步分析复杂环境下混凝土的内部损伤演化规律和本构模型的建立奠定了基础.     

冻融作用后钢筋与混凝土之间粘结性能研究

目的研究冻融循环作用后钢筋与混凝土之间粘结性能的退化规律.方法测定在常态和经过了50、100、150、200次快速冻融循环作用后钢筋与混凝土之间的粘结劈裂强度以及粘结滑移曲线,分析了粘结应力与粘结劈裂强度随冻融循环次数的退化规律.结果将试验结果与冻融作用后混凝土的劈拉强度衰减规律进行了对比,发现粘结劈裂强度表现出更显著的退化趋势,通过界面理论解释了钢筋与混凝土粘结过渡区的形成机理和显微结构特点,阐明了粘结性能对冻融作用的高敏感性,印证了宏观力学试验的测试结果.最后,建立了与相对动弹模损失率相关的粘结滑移本构方程及相关参数.结论冻融循环作用将导致钢筋与混凝土之间粘结界面发生损伤,出现局部"脱粘"现象,增大了混凝土发生粘结劈裂破坏的可能性.     

冻融环境下混凝土力学性能试验及损伤演化

在我国西部寒区,冻融作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。通过对饱水状态下的多组混凝土试样进行冻融循环试验,并对试验后的试样进行了单轴压缩试验,从损伤和能量耗散的角度对试样进行了力学性能的分析;运用CT细观试验的方法初步对经历不同冻融循环次数下的试样进行了细观结构分析。通过试验研究,得到了饱水状态下混凝土材料的冻融破坏特征,以及不同冻融循环次数下试样质量、单轴应力-应变全过程曲线、抗压强度、能量耗散和细观结构的变化特征,系统研究了冻融循环下混凝土主要物理力学性能及损伤演化规律,为寒区重大工程冻融灾变预测提供较可靠的基础依据。     

冻融环境下钢筋与粉煤灰混凝土的粘结性能

通过对内贴应变片钢筋的直接拔出试验,分析冻融作用下粉煤灰掺量对钢筋与粉煤灰混凝土间粘结性能的影响,得出冻融循环作用对钢筋与粉煤灰混凝土之间粘结性能的影响规律。试验结果表明：钢筋与粉煤灰混凝土的粘结强度随粉煤灰掺量的增加而降低;当粉煤灰掺量一定时,随着冻融循环次数的增加,混凝土强度有所下降,钢筋与粉煤灰混凝土间极限粘结强度降低;当粉煤灰掺量较大,达到40%时,随冻融次数的增加,钢筋粉煤灰混凝土试件极限粘结强度的下降幅度明显减缓,极限粘结强度对应的滑移量增大。表明掺入较多粉煤灰可使试件的冻融损伤现象得到缓解,冻融环境下钢筋混凝土的粘结性能得到提高。     

冻融受荷协同作用下沥青混合料损伤模型研究

为研究寒区沥青路面抗冻融性能,借助细观损伤力学与宏观统计随机损伤理论,提出冻融变量、荷载变量及协同效应等概念,构建了冻融与荷载共同作用下的沥青混合料损伤本构关系和损伤演化方程,揭示冻融循环次数、应变及油石比影响下的沥青混合料冻融受荷损伤劣化机理.研究表明:寒区沥青混合料力学性能受冻融变量、荷载变量及协同效应影响显著,在冻融受荷协同作用下总损伤劣化呈非线性加剧趋势,沿冻融和受荷两条途径的损伤率演化规律迥异.冻融循环次数和油石比对损伤变量影响较大,但冻融次数超过20时,损伤变量和损伤率降幅均显著且趋于恒定.适当上浮最佳油石比,可有效改善寒区沥青混合料的抗冻融耐久性能.     

冻融环境作用下RC剪力墙抗震性能试验

为了解冻融环境作用下RC剪力墙的抗震性能,采用人工气候实验室对6片剪跨比为2.14的RC剪力墙试件进行冻融循环模拟试验,而后对其进行拟静力加载试验,得到了不同混凝土强度等级和不同冻融循环次数下冻融试件的滞回曲线,绘制出各个试件的骨架曲线,分析了混凝土强度和冻融循环次数对冻融试件强度、刚度、延性、耗能能力等抗震性能指标的影响.结果表明:相同混凝土强度的RC剪力墙随冻融循环次数的增加,承载力、位移延性系数和塑性转角显著降低,强度衰减和刚度退化幅度增大,累积耗能不断减小,抗震性能降低;经相同次数冻融循环的RC剪力墙随混凝土强度等级的提高,承载力和累积耗能增加,强度衰减和刚度退化幅度降低,而延性则先增加后减小,说明提高混凝土强度等级可改善冻融后RC剪力墙的抗震性能.     

钢纤维混凝土冻融和碳化后力学性能试验研究

通过对混凝土试件进行室内快速冻融和碳化试验,测试并分析了混凝土试件在冻融循环和碳化作用后的基本力学指标,探讨了钢纤维体积率、混凝土强度等级、冻融循环次数及碳化龄期对混凝土基本力学性能的影响.试验结果表明:冻融循环损伤了混凝土的力学性能,强度较低混凝土力学性能的损伤较强度较高为严重;碳化对混凝土的密实性有加强作用,并会提高其相对抗压、劈拉强度.适量的钢纤维掺量和较小的水灰比改善了混凝土微观结构,抑制了混凝土的冻融速度,提高了混凝土的抗裂性能和抗碳化性能.     

冻融环境下沙漠砂对混凝土轴心受压力学性能的影响

为研究沙漠砂对混凝土抗冻性能的影响,采用快速冻融方法,进行掺沙漠砂混凝土冻融后轴心抗压强度试验,得到不同冻融循环作用下掺沙漠砂混凝土破坏特征和应力-应变曲线,分析不同冻融循环下掺沙漠砂混凝土表面损伤特征、质量损失率、动弹性模量损失率和超声波波速损失率的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数增加,掺沙漠砂混凝土质量损失率变化较小,动弹性模量损失率、超声波波速损失率、相对峰值应变和极限应变均增大,相对峰值应力和横向变形系数均减小,弹性模量先增大后减小;在相同冻融循环次数下,掺沙漠砂混凝土弹性模量损失率、超声波波速损失率和相对峰值应变均小于普通混凝土,相对峰值应力、横向变形系数和弹性模量比普通混凝土高.采用过镇海提出的单轴受压本构模型拟合得到应力-应变全曲线方程,分析冻融循环对应力-应变曲线控制参数的影响,可对沙漠砂混凝土结构的抗冻性能进行分析.     

冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结性能试验研究

为研究冻融循环作用后圆钢管混凝土界面粘结滑移性能,以冻融循环次数、钢管壁厚、混凝土强度为变量,设计21个试件进行推出试验,分析冻融损伤后圆钢管混凝土柱粘结强度、荷载—滑移及钢管应变的变化规律。结果表明：经冻融循环作用后圆钢管混凝土柱的荷载—滑移曲线与未经冻融试件趋势相似,均可分为上升段、下降段、残余段;受冻融循环作用影响的圆钢管混凝土柱界面粘结性能下降,粘结强度与冻融循环次数成反比,界面滑移量总体呈上升趋势;增大套箍系数可增大试件界面粘结强度,提高圆钢管混凝土柱抗冻性能。根据试验结果,提出考虑冻融循环次数和套箍系数的圆钢管混凝土柱粘结强度计算表达式,计算结果与试验结果吻合良好。     

包浆再生粗骨料对自密实混凝土力学性能及抗冻性的影响

通过自密实包浆再生骨料混凝土力学性能及快速冻融循环试验,从试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度及冻融后试件的质量损失率、抗压强度损失率及相对动弹性模量角度研究了再生粗骨料包浆对自密实再生混凝土性能的影响,结合SEM电镜试验从微观上分析了骨料包浆对混凝土抗冻性能的改善机制.结果 表明:普通混凝土和再生混凝土的劈裂抗拉强...     

冻融后钢纤维混凝土力学性能的试验研究

通过钢纤维混凝土冻融循环试验,分析了冻融循环次数、混凝土强度等级、钢纤维体积率等因素对钢纤维混凝土冻融后抗压强度、劈拉强度、抗折强度的影响,探讨了钢纤维对混凝土的增强机理.试验结果表明,钢纤维的加入对冻融循环后混凝土的抗压强度影响较小;当冻融循环次数较少时,钢纤维对劈拉强度和抗折强度的增加作用比较明显,而当冻融次数较大且钢纤维体积率较高(2%)时,钢纤维对混凝土的劈拉强度和抗折强度反而具有一定的负面影响;钢纤维混凝土强度等级的提高对改善钢纤维混凝土的抗冻性能较为有效.     

碱激发下粉煤灰-市政污泥固废基混凝土抗冻融性能

为改善市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,在氢氧化钠及水玻璃的复合激发下,用经生石灰改性后的市政污泥取代10%细骨料,粉煤灰分别取代10%、20%与30%水泥,制备了混凝土。分析了不同冻融循环次数下,混凝土的表观现象、相对质量、相对动弹性模量、相对抗压强度及微观结构随粉煤灰掺量与碱当量的变化规律,分别以相对动弹性模量与相对抗压强度为损伤变量建立了不同的冻融损伤模型。研究结果表明：随冻融循环次数增加,混凝土表观损伤愈发严重,内部孔隙增多,相对动弹性模量及相对抗压强度显著降低;与对照组相比,粉煤灰及碱激发剂的加入可以改善市政污泥对混凝土冻融耐久性的劣化效果,降低混凝土在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失;当粉煤灰掺量10%、碱当量4%时,粉煤灰可在碱激发剂及改性污泥中残余碱的联合作用下被较充分地激发,可消纳改性污泥中的残余碱,减弱市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,此时混凝土水化程度最高,在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失最小,且服役寿命最长,约为16a以上;相对动弹性模量与相对抗压强度相关性良好,分别以两者为损伤变量的冻融损伤模型与试验结果均吻合良好。     

冻融条件下公路桥梁板式氯丁橡胶支座受压试验研究

公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响,为了研究公路桥梁板式氯丁橡胶支座经过冻融循环后的承载力变化情况,采用标准冻融试验箱对氯丁橡胶支座进行25、50、75、100次的冻融循环处理并进行轴心受压试验,研究其在不同冻融循环次数的承载力、极限抗压强度、竖向刚度、弹性模量等各项性能指标的变化,并与标准试件进行对比分析。结果表明经过冻融循环处理的氯丁橡胶支座更容易发生脆性破坏,且钢板外露、裂缝等破坏现象比标准试件更严重。随着冻融循环次数的增加,冻融程度的加深,氯丁橡胶支座极限承载力、极限抗压强度、抗压弹性模量都逐渐降低;采用最小二乘法得出50 a抗压强度和抗压弹性模量的衰减曲线和衰减公式,其变化趋势基本符合指数函数规律。冻融循环后的公路桥梁板式氯丁橡胶支座的各项力学性能指标显著降低,因此应严格控制公路桥梁板式氯丁橡胶支座的温度适用范围,并建议提高其最低适用温度,在寒冷地区尽量采用天然橡胶支座。