考慮溫度變化與水浸泡作用的混凝土與巖石疲勞破壞的非線性力學(xué)分析.pdf

1、本文主要對受雨水浸泡、循環(huán)荷載作用的混凝土、含裂紋體巖石及高溫后巖石的疲勞變形和破壞機理進行了試驗研究,探討了水浸泡、疲勞荷載作用對混凝土力學(xué)性能的影響,分析了含裂紋體巖石材料的破壞機理,研究了含裂紋體巖石材料的高頻疲勞特性,建立了水浸泡混凝土損傷本構(gòu)模型以及高溫條件下巖石疲勞破壞的準則和模型。
　　在實際工程中,許多混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常在水環(huán)境下工作,混凝土中含有大量的孔隙,包括混凝土成型時殘留下來的氣泡,水泥石中的毛細管孔腔和凝膠孔

2、,以及水泥石和集料接觸處的孔穴等。在水壓力的作用下,水將滲透到混凝土的孔隙和裂縫中。受各種荷載的影響,混凝土中的孔隙水會對孔壁產(chǎn)生水壓力,進而影響混凝土的力學(xué)性能。
　　在實際工程領(lǐng)域,周期載荷作用下混凝土和巖石的疲勞損傷特性與工程的長期穩(wěn)定性密切相關(guān)。由于受到往復(fù)行駛車輛的循環(huán)荷載的作用,高速鐵路和公路橋梁的柱墩下方混凝土和巖體的破壞具有突發(fā)性,因此,有必要對混凝土和巖石的疲勞破壞機理及疲勞損傷等問題進行深入研究。因此,本文主要

3、就以下四個方面的內(nèi)容進行了研究:
　　(1)多孔多相的飽和混凝土中,孔隙自由水對混凝土的力學(xué)特性有顯著的影響。本文基于損傷力學(xué)基本原理建立了單軸壓縮條件下水飽和混凝土的彈塑性損傷本構(gòu)模型,并結(jié)合太沙基“有效應(yīng)力原理”,認為材料的損傷是由本體有效應(yīng)力和結(jié)構(gòu)有效應(yīng)力引起的,根據(jù)應(yīng)力平衡條件得出了兩種有效應(yīng)力下的應(yīng)力關(guān)系方程,并在此基礎(chǔ)上建立了水飽和混凝土的單軸壓縮損傷演化方程。
　　(2)對圓柱形混凝土試件進行了高頻疲勞等幅恒加

4、載試驗及變幅步進試驗。對試件的高頻疲勞破壞機理進行了分析,建立了混凝土的軸向壓縮非線性疲勞損傷累積模型。然后對混凝土加速壽命試驗結(jié)果進行了可靠性統(tǒng)計分析,建立考慮失效概率'p的P??疲勞方程。NS
　　(3)以高強度白水泥為模擬材料,對含裂紋體巖石進行了單軸壓縮試驗以及高頻疲勞單軸壓縮試驗研究,推導(dǎo)出單軸壓縮條件下試件應(yīng)力強度因子的解析表達式,分析了裂紋表面摩擦系數(shù)對試件應(yīng)力強度因子的影響,并得到了含裂紋體巖石材料的S-lgN曲線

5、和考慮裂紋相互作用的疲勞方程。
　　(4)對經(jīng)歷不同高溫后花崗巖的力學(xué)性能進行試驗研究,研究了花崗巖的峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變、彈性模量、應(yīng)力-應(yīng)變曲線等隨溫度的變化規(guī)律,并通過回歸分析,得到了相應(yīng)的回歸公式;并建立了高溫后花崗巖高頻疲勞損傷模型,分析了高溫后花崗巖在高頻疲勞荷載作用下的損傷發(fā)展和疲勞裂紋擴展規(guī)律,建立了高溫后花崗巖的損傷演化方程;且通過對經(jīng)歷不同高溫后花崗巖進行高頻疲勞試驗,研究了高溫作用對花崗巖高頻疲勞壽命的影響。經(jīng)