凍融環(huán)境鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的損傷分析與承載力研究.pdf

1、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題日益突出，而在各種混凝土耐久性問題中尤以凍融破壞最為突出，研究混凝土結(jié)構(gòu)在凍融環(huán)境下的力學性能退化規(guī)律就顯得尤為重要。對于混凝土材料而言，本構(gòu)關(guān)系是其最為重要的力學特性。因此，建立能夠反映混凝土材料在凍融環(huán)境下?lián)p傷特性的本構(gòu)模型十分關(guān)鍵。同時，凍融后混凝土性能研究目前大都處于材性層面，且試驗多數(shù)以室內(nèi)快速水凍水融方法為主，這與混凝土結(jié)構(gòu)實際所受到的凍融作用存在明顯的差異性，這種差異性往往導致了結(jié)構(gòu)耐久性壽命預測的偏差

2、。本文采用理論分析與室內(nèi)模擬試驗相結(jié)合的研究方法，以氣凍氣融試驗方法對凍融循環(huán)作用后的混凝土損傷本構(gòu)模型、足尺鋼筋混凝土梁的承載力退化規(guī)律及承載力計算模型進行了系統(tǒng)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴結(jié)合損傷理論與熱力學基本理論，以混凝土斷裂應變?yōu)閾p傷變量，提出了考慮塑性變形及損傷閾值的混凝土軸心受壓隨機損傷本構(gòu)模型。為確定損傷變量的概型分布及參數(shù)，分別制作了普通混凝土（31個）、鋼纖維混凝土（38個）、聚丙烯纖維混凝土（11個）及

3、噴射混凝土（32個）四組混凝土試件進行軸心受壓試驗。對試驗結(jié)果回歸擬合分析得到了相應的模型參數(shù)，并系統(tǒng)研究了模型參數(shù)的統(tǒng)計特性及四組不同混凝土試件損傷閾值的取值范圍；探討了混凝土斷裂應變與峰值應變之間的關(guān)系，通過對四組試件峰值應變進行統(tǒng)計分析，確定了損傷變量的概型分布。⑵通過對四組不同抗壓強度的混凝土試件進行氣凍氣融試驗，研究了凍融循環(huán)作用下混凝土力學性能退化規(guī)律及凍融后的軸心受壓本構(gòu)關(guān)系，得出凍融循環(huán)作用下混凝土質(zhì)量損失率、相對動彈性

4、模量、抗壓強度的變化規(guī)律及單軸受壓應力應變曲線；分析了凍融循環(huán)對所建立的混凝土軸心受壓隨機損傷本構(gòu)模型參數(shù)的影響，從而建立了凍融混凝土軸心受壓隨機損傷本構(gòu)模型。⑶通過實際工程中鋼筋混凝土構(gòu)件溫度變化規(guī)律的調(diào)查分析，提出了氣凍氣融試驗方法的升降溫機制。制作了7根足尺（150mm×300mm×2700mm）鋼筋混凝土梁，試驗研究了每根梁在凍融循環(huán)作用下的力學性能變化規(guī)律。采用超聲波檢測方法對鋼筋混凝土梁在凍融循環(huán)作用下的相對動彈性模量及損傷

5、層厚度進行了測試，并分析了混凝土含水率及鋼筋對超聲波測試結(jié)果的影響，建立了鋼筋混凝土梁相對動彈性模量、損傷層厚度與凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系；采用與梁同批次、同配比的強度試塊及從鋼筋混凝土梁中鉆取芯樣對鋼筋混凝土梁的抗壓強度進行評價，建立了凍融循環(huán)作用下混凝土抗壓強度的衰減模型。⑷對7根凍融后的鋼筋混凝土梁進行了正截面抗彎承載力試驗，分析了凍融循環(huán)作用下鋼筋混凝土梁承載力的退化規(guī)律及撓度變化規(guī)律；將凍融循環(huán)作用后鋼筋混凝土梁截面視為同一材料

6、（即采用統(tǒng)一應力應變關(guān)系），并根據(jù)凍融后混凝土軸心受壓損傷本構(gòu)模型，建立了全截面等效的凍融鋼筋混凝土梁承載力計算模型；進一步考慮凍融對構(gòu)件截面損傷由表及里的作用特點，將截面視為損傷層及未損傷層兩種材料（即分別采用不同的應力應變關(guān)系），建立了基于截面分層的凍融鋼筋混凝土構(gòu)件承載力計算模型。結(jié)合試驗結(jié)果，討論了兩種模型的適用性，結(jié)果表明，分層模型更接近試驗結(jié)果。⑸對三組不同抗壓強度的混凝土試件在凍融循環(huán)作用后的損傷層厚度發(fā)展規(guī)律進行了系統(tǒng)研