单调荷载下冻融混凝土应力-应变关系试验研究

混凝土应力-应变关系是冻融损伤钢筋混凝土结构非线性分析的基础,利用不同强度等级的两批24个混凝土试件(100 mm×100 mm×300 mm)冻融试验,探讨了试件表面形态、质量损失率随冻融循环次数的变化规律;通过单调加载试验,研究了单调荷载作用下冻融损伤混凝土试件的破坏特征,揭示了单调荷载作用下冻融损伤混凝土应力-应变关系随冻融循环次数的变化规律,分析了冻融损伤混凝土应力-应变关系曲线特征参数(峰值应力、峰值应变)与冻融循环次数之间的关系,提出了单调荷载作用下冻融损伤混凝土应力-应变关系计算模型。     

盐湖地区混凝土的耐久性研究Ⅲ——盐湖卤水类型对混凝土耐久性的影响

研究了盐湖卤水种类对混凝土在盐湖条件下的荷载、卤水腐蚀和冻融的单一与多重因素作用下的耐久性,探讨了混凝土在盐湖地区的破坏机理.结果表明,内蒙古盐湖卤水加速了混凝土的冻融破坏,西藏和新疆盐湖卤水则在一定程度上延缓了冻融破坏,而青海盐湖卤水则具有独特的延缓破坏现象.施加30%弯曲荷载将使混凝土寿命降低40%.Na2SO4·10H2O等盐类的结晶压作用是混凝土在盐湖地区腐蚀-冻融的破坏机理,当混凝土同时受到盐结晶压和荷载作用时突然断裂是其破坏特征.     

弯拉荷载冻融循环氯盐侵蚀作用下混凝土的劣化

研究了冻融循环-氯盐侵蚀和弯拉荷载-冻融循环-氯盐侵蚀作用下混凝土的劣化行为,分析了氯盐侵蚀和冻融损伤的相互影响,以及弯拉荷载对混凝土抗冻性能的影响.结果表明:冻融循环导致混凝土微裂纹萌生、扩展,使孔隙结构遭到破坏,从而加速了氯盐的侵入;氯盐的侵入会影响混凝土的饱水度和孔隙溶液的迁移,加速冻融循环造成的表面剥落和内部损伤.在弯拉荷载-冻融循环-氯盐侵蚀作用下,混凝土的破坏形式以表面剥落为主,弯拉荷载会加速劣化,甚至使其脆性断裂.     

Na_2SO_4盐渍原状黄土冻融过程劣化特性试验研究

选取西安Q_3原状黄土,人工制备不同Na_2SO_4含量的盐渍原状黄土试样。通过冻融作用下的三轴剪切及CT扫描试验,研究了Na_2SO_4盐渍原状黄土冻融过程劣化规律及微细观结构损伤演化机制。结果表明:冻融作用对应力–应变曲线的类型及特征无明显影响,均表现为应变硬化型。破坏偏应力随冻融次数增加逐渐减小,但衰减速率逐渐减小,表现出减速劣化特征;冻融条件下破坏偏应力随着含盐量增加逐渐减小,且表现出线性或加速劣化特征。黏聚力呈现与破坏偏应力相似的劣化特征;内摩擦角变化幅值较小且无明显规律。冻融与盐蚀劣化因子的比值随冻融次数增加逐渐增大但增速逐渐减小,随含盐量增大逐渐减小且衰减速率逐渐减小。CT数ME值呈现与破坏偏应力和黏聚力相似的劣化规律;构建了CT细观损伤变量演化方程,可较好预测试样冻融过程细观结构损伤演化规律。宏细观损伤变量表现出一致的变化规律,表明CT细观结构损伤变量准确揭示了宏观三轴剪切强度指标的劣化机理。     

冻融循环下海工预应力混凝土结构的耐久性

从冻融与氯盐侵蚀机理出发,分析了影响预应力混凝土结构耐久性的主要因素;通过试验,测定了不同冻融条件下的氯离子扩散深度.以预应力混凝土氯离子扩散模型为基础,综合考虑冻融损伤、氯离子扩散系数的时间依赖性等因素,建立冻融条件下预应力混凝土结构氯离子扩散模型,并采用Crank-Nicholson格式差分进行数值模拟,运用实测数据验证了模型的正确性.结果表明:冻融循环是引起混凝土破坏的动力;应力水平加速了混凝土的损伤与劣化过程;水化龄期的选取对提高氯盐侵蚀下的混凝土结构耐久性起着非常重要的作用.     

盐湖地区混凝土的耐久性研究III——盐湖卤水类型对混凝土耐久性的影响

研究了盐湖卤水种类对混凝土在盐湖条件下的荷载、卤水腐蚀和冻融的单一与多重因素作用下的耐久性,探讨了混凝土在盐湖地区的破坏机理。结果表明,内蒙古盐湖卤水加速了混凝土的冻融破坏,西藏和新疆盐湖卤水则在一定程度上延缓了冻融破坏,而青海盐湖卤水则具有独特的延缓破坏现象。施加30%弯曲荷载将使混凝土寿命降低40%。Na2SO4.10H2O等盐类的结晶压作用是混凝土在盐湖地区腐蚀—冻融的破坏机理,当混凝土同时受到盐结晶压和荷载作用时突然断裂是其破坏特征。     

考虑荷载作用的沥青混合料冻融损伤模型

针对沥青路面冻融受荷损伤问题,推导了冻融受耦合损伤本构关系,建立了冻融与荷载耦合作用下沥青混合料损伤演化方程,指出冻融损伤累积和荷载作用产生的应力集中加剧了总损伤劣化程度。     

关注环境作用的混凝土冻融损伤特性研究进展

混凝土结构耐久性劣化在不同的暴露环境下存在着显著的区域特征。研究冻融循环条件下环境参数变化对混凝土冻融损伤的影响规律,对混凝土结构的耐久性设计和工程实践具有重大的实际意义。关注混凝土结构耐久性的定量化设计,对混凝土结构服役寿命预测的需求进行分析,提出对现场冻融环境、现场与实验室试验环境下混凝土冻融损伤之间的关系、混凝土的抗冻性三个方面的数量化需求。总结现场冻融环境量化、混凝土经受冻融循环过程中环境因素（冰冻降温速率、最低冰冻温度、最低冰冻温度持续时间和饱含水情况）对混凝土冻融损伤作用机理与作用规律方面的理论与试验研究,进一步分析现场冻融环境与实验室试验冻融环境下混凝土冻融损伤关系的相关研究成果,并在混凝土冻融耐久性寿命预测和耐久性设计方法的层面上,提出最终结论与建议。     

岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化模型及试验分析

首先从"地质体-工程体"二元介质材料界面黏结机制出发,探究影响岩石-混凝土界面黏结性能的控制性指标,并构建二元体介质界面黏结强度理论表征;而后,通过内在认知冻融对界面黏结性能的劣化过程,提出岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化模型。为进一步验证模型准确性及评价效果,以花岗岩-混凝土二元体试样为对象,开展不同界面粗糙度(JRC)及循环次数的界面黏结性能剪切试验,试验结果较好验证了理论模型的可靠性。该模型综合考虑界面表观特征、混凝土C-S-H基团"树根桩"效应及冻融损伤劣化特征,为认知岩石-混凝土界面黏结强度冻融劣化提供了理论参考。此外,为深入认知界面黏结性能冻融劣化理论模型与实测值误差原因,围绕壁面强度分配系数、界面破坏形貌分析特征、NMR分层细观分析技术及界面黏附强度冻融劣化耦合特征予以进一步讨论,拓展了冻融诱发界面黏结性能劣化认知深度。研究成果可为评价冻融诱发岩石-混凝土界面黏结强度劣化提供理论及试验依据。     

基于损伤理论的预应力混凝土冻融破坏研究

损伤力学提供了一种分析疲劳演化、估算疲劳寿命的有效方法.混凝土冻融破坏是一种低周疲劳损伤,可以利用损伤力学理论进行分析.试验利用损伤力学中疲劳损伤的基本原理对预应力混凝土在冻融循环作用下的损伤与失效过程进行了分析,在比较几种低周疲劳损伤理论的基础上,利用混凝土冻融前后动弹性模量变化的规律建立了预应力混凝土冻融破坏模型.并根据试验结果对模型进行了评价.结果表明在相同冻融循环次数下,随着应力水平的提高,混凝土抗冻能力是提高的;随着冻融的继续进行,应变趋向于定值,此时混凝土不再能承受应力作用而失效破坏.     

冻融作用后混凝土力学性能的衰减规律

开展了混凝土在冻融作用后各项基本力学性能衰减规律的试验研究,包括冻融作用对混凝土受压应力-应变关系、劈裂抗拉性能、抗重复荷载性能的损伤影响,并根据工程中结构构件的实际工作状态,进行了压应力与冻融循环双重因子作用下混凝土的抗冻性能及力学性能衰减规律的研究。试验现象表明:随着冻融循环次数的增多,混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗重复荷载性能等力学性能指标的下降程度均逐渐加大,并根据试验结果得出了混凝土上述各项力学性能指标随冻融作用的退化规律,建立了与冻融参数相关的退化计算公式。通过试验研究还发现:混凝土在承载状态下,冻融作用对其损伤影响将加剧,混凝土承载能力的衰减幅度较单一冻融作用更显著。本文研究可为建立符合实际工程的混凝土结构抗冻耐久性设计理论提供基础资料。     

考虑动态应变率效应的混凝土单轴拉伸统计损伤模型

基于准脆性材料细观损伤机制,将损伤概括为"有效受力面积的减小"和"有效受力部位弹性模量的减小"两个方面,可分别利用断裂和屈服2种损伤模式表征;认为材料破坏过程实质上为2种损伤模式累积演化的连续过程。干燥混凝土所表现出的动态本构行为本质上是由于自身的惯性效应引起材料破坏形态以及细观2种损伤累积演化过程的改变。忽略水的黏滞性影响,通过假设不同应变率情况下干燥混凝土损伤演化服从某种相似性规律,建立相应增量形式的单轴拉伸动态损伤本构模型。通过算例和试验结果比较,表明该模型可预测变应变率加载情况下材料均匀损伤阶段的本构行为,等应变率加载可作为其中的一个特例。结合算例从有效应力、名义应力、吸能能力3个角度对材料的动态损伤机制进行探讨。区分开峰值应力状态和局部破坏的临界状态,并建议后者作为本构模型的最终破坏点。此举可充分考虑材料均匀受力阶段的延性,同时避免过多考虑局部破坏阶段本构模型尺寸效应的影响。     

基于唯象损伤观点的混凝土冻害模型研究

对混凝土冻害机理的认识大多是从材料学角度出发，集中在孔溶液对孔结构的作用上，是从原因学观点出发的物理解释。但鉴于混凝土冻害的复杂性，现在还未统一对混凝土冻害机理的物理认识。从混凝土受冻后宏观性能衰退的表现出发，结合已有的对混凝土冻害在细观上的认识，应用疲劳损伤观点在唯象学层面上理解混凝土冻害的机理是一个新的探索，也为解决现实冻害评估问题提供了定量化手段。本文在综述已有冻害机理的基础上，结合冻融试验及现场检测结果，从细观上分析冻害发展的过程，从宏观材料性能衰退的角度认识混凝土冻害机理，认为混凝土冻害是一个疲劳损伤的过程。最后给出了作者应用疲劳损伤机理建立的混凝土冻害模型，并与已有试验数据比较，验证了模型的合理性。     

基于损伤理论的硅藻土混凝土冻融损伤研究

通过快速冻融试验,对不同强度等级的掺硅藻土混凝土的抗冻性进行了分析.在损伤理论的基础上构建了多次冻融后混凝土劣化失效的数学模型,使用Matlab程序模拟了混凝土内部各单元点的损伤失效与时间的函数关系,并生成了混凝土的截面损伤概率图.在冻融循环时间相同的条件下对不同硅藻土掺量的混凝土进行了对比分析.结果表明:硅藻土的加入...     

基于随机损伤模型的混凝土轴拉破坏过程研究

 采用一维细观力学随机损伤模型,从材料加载过程中损伤能量耗散与应变能释放之间的能量平衡出发,对混凝土试件单轴拉伸破坏过程的稳定性进行分析并得到了破坏过程稳定开展的判定条件。利用这一条件确定了材料由均匀损伤过渡到局部损伤的临界状态,同时指出临界状态异于且滞后于峰值应力状态。临界状态后若为非稳定破坏将发生应力跌落,是材料脆性破坏的表现,若为稳定破坏则材料延性更为明显。理论分析结果表明,包含应力跌落的应力–应变软化不仅与材料力学性能的非均匀性有关,还与试件结构尺寸有关,具有明显的尺寸效应,不能视为单纯的材料属性。最后分别以材料极限应变服从Weibull分布和对数正态分布描述材料的非均匀性,对不同尺寸的混凝土试件轴拉破坏过程进行模拟,表明了所给出结论的合理性。     

荷载与冻融作用下的混凝土毛细吸水性研究

为研究持续荷载与冻融循环耦合作用对混凝土毛细吸水性能的影响,先对混凝土试块分别施加0f_c、0.3f_c、0.5f_c的应力作用(f_c为混凝土极限压应力),并在持载状态下进行0、25、50、100次的冻融循环试验,利用卡斯特瓶对该混凝土进行毛细吸水试验。结果表明:当作用于试块的应力水平小于临界应力值(介于0.3f_c与0.5f_c之间)时,混凝土的毛细吸水量较少,混凝土的抗渗透性能和抗冻性能较好;当应力水平大于临界应力值时,试块的毛细吸水量增加,当试块同时承受冻融循环作用时,两种作用交互影响混凝土试块的损伤,造成混凝土劣化速度急剧增加。     

冻融后煤矸石混凝土受压损伤声发射特性

为了研究冻融循环作用后煤矸石混凝土的受压损伤特性,基于声发射技术,对冻融循环作用0,25,35,45次后的煤矸石混凝土进行单轴抗压试验,对煤矸石混凝土受压破坏全过程中的损伤特性进行动态分析;依据冻融循环后煤矸石混凝土受压破坏过程中所释放的声发射能量,对其内部损伤程度进行定性分析,并依据声发射事件累计计数建立了煤矸石混凝土损伤演化模型.研究表明:随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土的初始损伤程度增大,峰值应力减小,脆性表现明显;依据声发射事件累计计数建立的损伤演化模型与试验结果符合较好,为研究冻融环境下的煤矸石混凝土损伤演化规律提供了参考.     

混凝土火灾损伤本构模型研究

混凝土材料在高温作用下的力学性能研究对混凝土结构防火设计和火灾损伤评估具有重要意义。构建了混凝土火灾损伤本构模型,引入热损伤反映温度对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学参数的影响,考虑到混凝土受拉和受压状态下的不同的损伤特性,将混凝土材料的损伤分为受压损伤、受拉损伤和热损伤三种。建立了损伤演化、塑性流动以及内变量演化方程,通过塑性-损伤耦合,描述了不同温度和应力状态下混凝土的应力-应变特性,证明了模型严格符合热力学定律。利用所建立的本构模型对不同温度下的混凝土单轴拉伸、压缩试验进行了模拟计算,计算结果与试验结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。     

混凝土多因素损伤的复合效应研究

文章研究了混凝土在冻融循环、化学腐蚀等作用下的普遍劣化规律,分析了多个劣化作用同时作用下的交互作用,建立了相应的劣化模型,提出了劣化程度的定义。根据劣化模型,建立了多因素复合劣化作用下混凝土使用寿命的预测方法。     

现场环境下混凝土冻融耐久性预测方法研究

已有的冻融研究积累了大量标准试验数据,但由于现场冻融环境和室内冻融环境间的巨大差异,大量标准冻融试验数据难以直接应用于现场混凝土冻融耐久性预测。如何利用混凝土冻融标准试验数据模拟现场冻融环境下混凝土的冻融过程并给出冻融耐久性预测是工程实践中迫切需要解决的问题。首先分析室内外冻融环境的差异,在室内外混凝土材料性能(包括微孔结构性能)一致的前提下,对现场混凝土频繁接触水的情况进行研究。从疲劳损伤机制出发,利用Miner损伤累积法则和损伤等效原则,结合现场实测气温资料模拟现场混凝土冻融过程,建立能够联系实验室冻融和现场冻融的等效室内冻融循环次数公式,提出利用等效室内冻融循环次数和标准冻融试验数据预测现场混凝土冻融耐久性使用年限的方法。预测值与十三陵水库现场数据和北方部分港口工程现场数据的比较表明预测方法能够得到符合工程预测需要的结果。