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(wèn)題日益突出，而在各種混凝土耐久性問(wèn)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(xué)性能退化規(guī)律就顯得尤為重要。對(duì)于混凝土材料而言，本構(gòu)關(guān)系是其最為重要的力學(xué)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(shí)，凍融后混凝土性能研究目前大都處于材性層面，且試驗(yàn)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(shí)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(dǎo)致了結(jié)構(gòu)耐久性壽命預(yù)測(cè)的偏差

2、。本文采用理論分析與室內(nèi)模擬試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，以氣凍氣融試驗(yàn)方法對(duì)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(jì)算模型進(jìn)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(xué)基本理論，以混凝土斷裂應(yīng)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(jī)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(gè)）、鋼纖維混凝土（38個(gè)）、聚丙烯纖維混凝土（11個(gè)）及

3、噴射混凝土（32個(gè)）四組混凝土試件進(jìn)行軸心受壓試驗(yàn)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果回歸擬合分析得到了相應(yīng)的模型參數(shù)，并系統(tǒng)研究了模型參數(shù)的統(tǒng)計(jì)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(yīng)變與峰值應(yīng)變之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)四組試件峰值應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定了損傷變量的概型分布。⑵通過(guò)對(duì)四組不同抗壓強(qiáng)度的混凝土試件進(jìn)行氣凍氣融試驗(yàn)，研究了凍融循環(huán)作用下混凝土力學(xué)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(duì)動(dòng)彈性

4、模量、抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律及單軸受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線；分析了凍融循環(huán)對(duì)所建立的混凝土軸心受壓隨機(jī)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(jī)損傷本構(gòu)模型。⑶通過(guò)實(shí)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(yàn)方法的升降溫機(jī)制。制作了7根足尺（150mm×300mm×2700mm）鋼筋混凝土梁，試驗(yàn)研究了每根梁在凍融循環(huán)作用下的力學(xué)性能變化規(guī)律。采用超聲波檢測(cè)方法對(duì)鋼筋混凝土梁在凍融循環(huán)作用下的相對(duì)動(dòng)彈性模量及損傷

5、層厚度進(jìn)行了測(cè)試，并分析了混凝土含水率及鋼筋對(duì)超聲波測(cè)試結(jié)果的影響，建立了鋼筋混凝土梁相對(duì)動(dòng)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(qiáng)度試塊及從鋼筋混凝土梁中鉆取芯樣對(duì)鋼筋混凝土梁的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立了凍融循環(huán)作用下混凝土抗壓強(qiáng)度的衰減模型。⑷對(duì)7根凍融后的鋼筋混凝土梁進(jìn)行了正截面抗彎承載力試驗(yàn)，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(yīng)力應(yīng)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(jì)算模型；進(jìn)一步考慮凍融對(duì)構(gòu)件截面損傷由表及里的作用特點(diǎn)，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(yīng)力應(yīng)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(jì)算模型。結(jié)合試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果。⑸對(duì)三組不同抗壓強(qiáng)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(jìn)行了系統(tǒng)研