冻融循环下混凝土的动态数值模拟分析

应用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ对不同强度等级混凝土冻融后的力学性能进行了数值模拟,对比并 分析不同冻融循环次数、不同加载速率对冻融后混凝土的峰值应力、应力－应变曲线的影响。研究结果 表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土的峰值应力呈显著下降趋势;相同冻融循环次数下,随着加载速 率的减小,混凝土的峰值应力逐渐下降,但不同强度等级混凝土下降的幅度不同。研究结果可为混凝土 抗冻耐久性破坏提供一定的参考。     

混凝土冻融劣化后动态单轴抗压特性试验研究

为研究混凝土冻融循环后的动态力学性能,利用10 MN动静三轴仪对不同冻融劣化程度的混凝土在不同加载速率下进行单轴压缩试验,同时采集声发射数据分析试验过程中能量释放及损伤演化规律。最后,选用Weibull-Lognormal损伤本构模型,对试验数据进行拟合分析,并分析不同工况混凝土的损伤随应变的发展规律。研究结果表明:①相同冻融劣化程度时,随应变速率增加,峰值应力增大,峰值应变减小;冻融劣化程度会影响峰值应力的率敏感性;②在应变速率相同时,随冻融循环次数增加,峰值应力随之减小,峰值应变随之增大。③混凝土冻融劣化后应力应变关系峰前服从Weibull统计分布,峰后服从Lognormal统计分布。④在相同应变速率下,随着冻融循环次数的增加,混凝土的累计塑性应变整体呈增大趋势。     

冻融环境下水工碾压混凝土单轴动态抗压性能研究

为研究冻融循环和加载应变率对水工碾压混凝土抗压力学性能的影响,通过室内模拟碾压混凝土坝工程配合比和施工工艺制备碾压混凝土试件,开展不同冻融循环次数（0、25、50、75次）下的冻融试验和不同加载应变率（10?5/s、10?4/s、10?3/s、10?2/s）下的单轴压缩试验,分析碾压混凝土冻融表观特征及加载破坏形态,研究冻融循环次数和加载应变率对抗压力学性能的影响规律;并基于多元回归分析方法,构建抗压强度、峰值应变、应力-应变曲线与冻融循环次数和加载应变率的相关关系。结果表明:碾压混凝土抗压强度与加载应变率呈线性增强关系,与冻融循环次数满足二次多项式的劣化关系;峰值应变与加载应变率满足二次多项式的降低关系,与冻融循环次数满足二次多项式的增长关系。通过全应力-应变拟合曲线与试验曲线的比较发现,在研究的应变率和冻融循环次数范围内,二者吻合较好。     

冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则

为研究冻融劣化混凝土动静态抗剪性能,进行了不同冻融循环次数(0,10,25,35和50次)后混凝土在不同法向应力(0,3,6,9和12 MPa)下的压剪强度试验,混凝土强度等级为C30。研究分析了冻融循环次数和法向应力对混凝土剪切强度、峰值应变和黏聚力与摩擦系数的影响。分析结果表明:①随着冻融循环次数的增加,混凝土在相同法向应力状态下的剪切强度均逐渐降低,而且法向应力越大,剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的程度越小;当冻融循环次数相同且法向应力不大于单轴抗压强度50%时,剪切强度随法向应力的增大而增大,且冻融劣化程度会影响该增幅效果;②在法向应力相同时,剪切峰值变形随冻融循环次数的增加呈线性增长趋势,对某一冻融循环次数,法向应力的存在增大了混凝土的剪切峰值变形;③摩擦系数和黏聚力都随冻融劣化程度的加深而降低,黏聚力大幅度降低是由于冻融劣化作用起主导作用所致。基于上述试验分析和八面体应力空间二次抛物线形式的压剪破坏准则,构建了平面应力状态下考虑冻融循环次数的混凝土压剪破坏准则。     

冻融劣化混凝土的单轴动态力学特性研究

为研究不同冻融循环次数、不同加载速率下的混凝土的力学性能,对混凝土进行不同冻融循环次数(0次、10次、25次、35次、50次)不同加载速率(10~(-5)s、5×10~(-5)s、10~(-4)s、5×10~(-4)s、10~(-3)s)下的循环加卸载压缩试验。研究结果表明:(1)混凝土的质量随着冻融循环次数的增加而先增大后减小,呈二次曲线关系;(2)混凝土的峰值应力与应变速率的对数呈线性增长的关系,峰值应力及其对应变速率的敏感性随着冻融循环次数的增加而减小;(3)峰值应变随着加载速率的增加而增大,随着冻融循环次数的增加,峰值应变明显增大;(4)选用峰前服从Weibull统计分布函数,峰后服从Lognormal统计分布函数的混凝土动态损伤本构模型。     

冻融循环对钢纤维混凝土动力性能的影响研究

通过对冻融循环劣化后的钢纤维混凝土试件进行动态三轴压缩试验,分析了冻融循环及钢纤维掺量对混凝土轴向极限抗压强度、轴向峰值应变和应力-应变曲线的影响。结合扫描电子显微镜(SEM)分析冻融前后钢纤维混凝土的微观结构。目的在于探明冻融循环对钢纤维混凝土动态力学性能的影响规律,为寒冷地区钢纤维混凝土在实际工程中的应用提供理论参考。结果表明:增加冻融循环次数导致轴向极限抗压强度下降且100次冻融循环后下降速度明显增大,而轴向峰值应变基本呈线性增大。应变速率的增加导致轴向极限抗压强度增大且轴向峰值应变逐渐减小。冻融循环破坏了钢纤维混凝土内部结构,导致应力-应变曲线包围面积减小,钢纤维混凝土吸收能量的能力降低。钢纤维掺量对冻融劣化后混凝土动力性能影响较大,本试验中1%的钢纤维掺量下冻融劣化后混凝土最优。SEM微观结构揭示了钢纤维增强混凝土抗冻性的强化机理,以及过量掺入钢纤维对抗冻性的弱化机理,与宏观试验结果一致。     

冻融循环后全级配混凝土及其湿筛混凝土的力学性能比较

对全级配混凝土试件及其湿筛混凝土试件分别进行0、50、100、150、200、250和300次快速冻融循环试验。观察冻融后试件外观的变化情况,测定冻融循环后全级配混凝土和湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度,讨论了冻融循环对抗压强度、抗拉强度及其应力应变关系的影响。试验发现,冻融循环后全级配混凝土的外观破损情况较湿筛混凝土严重得多。试验结果表明,随冻融次数增加,全级配混凝土与湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度均明显降低,但全级配混凝土的降低值较湿筛混凝土的降低值大,特别是抗拉强度,降低幅度更大。两种混凝土单轴压应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向右下方偏移,曲线形状变得扁平,而其单轴拉应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向左下方移动,曲线变短。通过对试验结果的分析,建立了全级配混凝土和湿筛混凝土之间单轴压及单轴拉关系的数学公式,可以为寒冷地区大坝、海洋平台等的设计、维修、维护及其寿命预测等提供理论依据。     

海水冻融后轻骨料混凝土的双轴压压强度和变形性能

针对我国渤海湾北部海域轻骨料混凝土结构的工作环境和受力状态，进行了海水中不同冻融循环次数后轻骨料混凝土的双轴压压强度试验，考察了试件的破坏形态和表面裂缝的走向特征。根据试验结果，分析了极限抗压强度随冻融循环次数和应力比的变化规律，并在此基础上建立了考虑海水冻融影响的双轴压压强度准则。探讨了冻融循环作用后轻骨料混凝土的双轴压压变形性能，包括峰值应变、应力-应变关系随冻融循环次数和应力比的变化规律。研究结果说明，随冻融循环次数的增加各种应力比下的应力-应变关系曲线均逐渐扁平，峰值应力点明显下降并右移，说明混凝土的极限抗压强度逐渐降低。     

冻融劣化混凝土循环加卸载外包络线及能量演化

对历经不同冻融循环次数的混凝土进行了不同应变速率的单轴循环加卸载试验,分析了试验所得应力-应变曲线外包络线的特征,定义了单轴循环加卸载的耗散能、弹性应变能和塑性应变能,研究了这3种能量与冻融循环次数和循环加卸载次数之间的关系。结果表明:混凝土应力-应变曲线外包络线整体上呈先升后降的趋势;随着冻融循环次数的增多,混凝土的峰值应力逐渐减小而峰值应变逐渐增大;应变速率不影响应力-应变外包络曲线的形状;冻融循环影响混凝土的率敏感性;随循环加卸载次数的增加,混凝土的耗散能、弹性应变能和塑性应变能整体上均呈先增后减的变化规律;冻融循环削弱了混凝土的脆性;外力做功90%的能量用于不可逆转的变化过程。     

冻融循环后全级配混凝土及其湿筛混凝土的力学性能比较

对全级配混凝土试件及其湿筛混凝土试件分别进行0次、50次、100次、150次、200次、250次和300次快速冻融循环试验。观察冻融后试件外观的变化情况，测定冻融循环后全级配混凝土和湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度，讨论了冻融循环对抗压强度、抗拉强度及其应力应变关系的影响。试验发现，冻融循环后全级配混凝土的外观破损情况较湿筛混凝土严重得多。试验结果表明，随冻融次数增加，全级配混凝土与湿筛混凝土的抗压强度与抗拉强度均明显降低，但全级配混凝土的降低值较湿筛混凝土的降低值大，特别是抗拉强度，降低幅度更大。两种混凝土单轴压应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向右下方移，曲线形状变得扁平，而其单轴拉应力应变曲线峰值应力点随冻融循环次数增加逐渐向左下方移动，曲线变短。通过对试验结果的分析，建立了全级配混凝土和湿筛混凝土之间单轴压及单轴拉关系的数学公式，可以为寒冷地区大坝、海洋平台等的设计、维修、维护及其寿命预测等提供理论依据。     

节理岩体冻融力学特性试验研究

对两种含水率状态下不同连通率的预制节理岩体进行了冻融循环试验,测定了试件冻融后的质量、波速,然后进行了三轴压缩试验,分析了冻融循环作用对节理岩体三轴抗压特性的影响以及损伤变化规律。研究表明:(1)由于含水率不同,冻融损伤后,饱和组节理试件的质量损失和波速衰减较天然组严重,且饱和组试件节理结构面附近劣化程度随着连通率的增加而增大;(2)三轴压缩试验中,两组节理试件三轴抗压特性的冻融效应具有相同的规律,采用二次多项式能很好地拟合峰值强度与冻融循环次数之间的关系;(3)随着冻融循环次数的增加,两组试件冻融损伤变量逐渐增大,且天然组试件抗冻性比饱和组试件强,其中连通率对饱和组试件冻融效应影响显著。     

紫外线辐射及冻融循环双因素下面板混凝土力学性能研究

为了建立考虑紫外线辐射作用的混凝土冻融循环损伤模型,有必要弄清紫外线辐射与冻融循环相结合条件下对面板混凝土力学性能的影响。为此进行了紫外线辐射试验、冻融循环试验和混凝土抗弯强度试验,并对混凝土试件表面状况、质量损失率和抗弯强度进行了对比分析。试验结果表明:在一定冻融循环次数下,水灰比越大,质量损失率越大。相较于未经紫外线照射的对照组,经过紫外线照射的试件在经过一定循环次数的冻融后,其质量损失率更大。紫外线辐射对低强混凝土的质量损失率影响主要是在冻融循环的早期表现出来,而对高强混凝土则是在冻融循环的晚期表现出来。紫外线辐射对经受冻融循环后的混凝土抗弯性能没有明显的影响,在其他条件相同的情况下,水灰比越低,抗弯强度越高。     

冻融环境下引气混凝土双轴拉-压强度和破坏准则的试验研究

本文对掺引气剂混凝土进行了不同次数快速冻融试验，用电子显微镜观察了经受不同次数冻融循环后混凝土微观结构的变化，并进行了6种应力比下的双轴拉-压试验，观察了试件破坏形态，测得了混凝土试件的抗拉强度和抗压强度。试验发现，掺引气剂混凝土在双轴拉-压荷载作用下，其抗拉强度和抗压强度均随冻融循环次数的增加而明显降低。在此基础上，分析了双轴拉-压极限强度随冻融循环次数的变化规律，并在主应力空间和八面体应力空间建立了同时考虑冻融循环次数和拉压比的破坏准则。     

三峡库区典型土石混合体与混凝土接触面大型剪切试验研究

利用大型直剪仪和单剪切仪,对三峡库区典型土石混合体—混凝土接触面力学特性开展了不同试验方法和不同法向应力的剪切试验,对比分析了直剪和单剪试验条件下土石混合体—混凝土接触面的抗剪强度和变形特性,试验表明,界面应力应变特性与试验方法、法向应力水平有关。低法向应力情况下,直剪和单剪试验界面应力应变曲线均表现为硬化型,高法向应力情况下,直剪为应变软化型,单剪为应变硬化型,通过单剪试验结果分析得到了剪切破坏带及其厚度,研究成果能为土石混合体地质体与混凝土结构共同作用分析提供参考。     

堆石混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验方法研究

为了研究堆石混凝土应力-应变全曲线,采用碟形弹簧与钢柱组合成附加刚性元件增强压力机的刚性,研究了碟形弹簧并联与串联联结装置的变形量和刚度以及实现单轴受压端部减摩措施,提出了一种堆石混凝土单轴受压应力-应变全曲线的试验方法。在混凝土压力试验机上进行了堆石混凝土立方体试件单轴受压试验,测得了堆石混凝土受压应力-应变全曲线。试件破坏形态表明,采用的端部减摩措施有效,测得的应力-应变曲线下降段验证了碟形弹簧与钢柱组合装置能够吸收试件破坏时混凝土压力试验机存储的变形能。研究结果为在混凝土压力试验机上进行堆石混凝土单轴受压应力-应变全曲线提供了可行、简便、经济的测试方法。