冻融循环作用下CFRP-高强混凝土的界面行为

为了研究冻融作用对ＣＦＲＰ－高强混凝土界面性能的影响,对冻融循环作用后的ＣＦＲＰ－高强混 凝土试件进行了双面剪切试验,并建立了基于混凝土塑性损伤模型的有限元模型,对实验结果进行补充 和对比讨论。结果表明:冻融循环使ＣＦＲＰ－高强混凝土粘结性能呈劣化趋势,且劣化速度在循环150 次后加快;随着冻融循环次数的增加,极限端部滑移加速减少;同样荷载条件下ＣＦＲＰ应变发展更快,混 凝土损伤深度增加。基于混凝土冻融本构与塑性损伤的有限元模型与试验结果有较好的吻合性,可以 作为ＣＦＲＰ－高强混凝土冻融作用下的预测模型。     

冻融循环与疲劳荷载作用下混凝土损伤研究

为研究冻融循环与轴向疲劳荷载作用下混凝土力学性能损伤演化规律,对混凝土试件分别进行冻融循环、疲劳加载、先冻融循环后疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环4种损伤试验,以试件经历损伤后的抗压强度劣化作为损伤评价指标研究混凝土的损伤特性和机理,同时研究相对动弹性模量和质量的劣化规律。研究结果表明:不同联合作用下,混凝土的相对动弹性模量均呈现降低趋势。冻融循环单一因素作用下,混凝土强度随冻融次数的增加逐渐降低;疲劳荷载单一因素作用下,混凝土强度随疲劳次数增加呈先升后降的趋势,疲劳4万次时,混凝土的损伤度为1.8%;先冻融循环后疲劳加载作用下,即混凝土先受冻融循环作用,再受1万次应力水平(0.1 f_c~0.5 f_c)的疲劳荷载作用时,随疲劳次数的增加,试件的强度均呈现升高趋势;先疲劳加载后冻融循环作用下,随冻融次数的增加,混凝土的力学性能损伤显著,历史疲劳次数为0.5万次和1万次,再经历75次冻融循环作用时,其损伤度分别为19%和24.2%。研究成果可为建立符合实际工程的混凝土结构耐久性设计理论提供较可靠的基础依据。     

冻融环境下混凝土耐久性试验及寿命预测

为研究经历冻融作用后混凝土的耐久性,选取混凝土的相对动弹性模量和抗压强度作为衡量指标,依据混凝土快速冻融循环试验方法,对5组混凝土试件展开冻融试验,并利用SPSS软件进行了相应预测。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土的相对动弹性模量损失率及抗压强度损失率上升;冻融循环次数与相对动弹性模量损失率之间具有良好的幂函数关系,与抗压强度损失率之间具有良好的二次函数关系;水灰比越大、混凝土随冻融循环次数增加的损伤程度越大。     

冻融循环及硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响研究

为研究冻融循环与硫酸盐侵蚀双因素耦合作用下混凝土的耐久性及其演变规律,分别通过混凝土单因素冻融循环试验、单因素硫酸盐侵蚀试验、硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合试验,分析各种因素下混凝土耐久性的劣化机理。试验结果表明:在单因素冻融循环、单因素硫酸盐侵蚀及硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合作用下,混凝土的质量均表现为先增大后逐渐减小;而混凝土的相对动弹性模量在单因素冻融循环作用下随着冻融循环次数逐渐减小,在单因素硫酸盐侵蚀、硫酸盐侵蚀与冻融循环双因素耦合作用下表现为先增加后减小,且经过６０次单因素硫酸盐侵蚀作用后,混凝土的质量损伤率达到最小值,相对动弹性模量达到最大值。与单因素下两种侵蚀的损伤相比,双因素耦合作用对混凝土的损伤大于单因素损伤的叠加效果。     

粉煤灰掺量对混凝土抗冻性能影响的试验研究

文中采用快速冻融循环试验方法,探讨了不同混凝土强度等级、相等水胶比情况下粉煤灰掺量对混凝土抗冻耐久性的影响规律。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,相对动弹模量逐渐降低,混凝土的质量损失率与冻融损伤累积度逐渐增大。结合损伤力学和数值分析的方法,基于相对动弹模和质量损失率劣化规律,建立混凝土冻融损伤模型和剩余使用寿命预测模型。     

相对切口深度对混凝土断裂性能影响试验研究

以双K断裂模型为理论基础,采用混凝土标准三点弯曲梁试件,通过试验测得相对切口深度a0/h为0~0.6的5组试件的起裂荷载P_(ini)、断裂荷载P_(max)及临界裂缝口张开位移CMOD,计算得到起裂韧度K_(Ic)~(ini)、K_(Ic)~(un)断裂韧度,并使用立体显微镜对破坏后的混凝土进行切口尖端裂纹以及断裂面观察,探究其裂缝开展情况,以分析相对切口深度对混凝土断裂性能的影响。结果表明:相对切口深度越大,则试件起裂越早,而起裂荷载与断裂荷载的比值随初始缝高a_0的增大无明显变化,初始缝高对起裂荷载和断裂荷载的影响呈线性相关;起裂韧度和断裂韧度随着相对切口深度的增大无明显减小趋势,两者的比值随相对切口深度也无明显变化,即双K断裂参数取决于材料本身固有特性,与切口深度无关;混凝土断裂过程复杂,存在明显的亚临界扩展阶段,该阶段裂纹绕开骨料发展,整个断裂过程中裂缝扩展路径呈现出曲折型。     

紫外线与冻融循环作用下的混凝土耐久性研究

分别制作3种不同水灰比的面板混凝土试件,在紫外线辐射试验的基础上,以未经紫外线辐射的试件作为对照组,对各组经相同时间紫外线辐射后的试件进行冻融循环试验,并每间隔一定的冻融次数测定试件的质量及动弹性模量,根据试验结果,进行拟合分析,建立了考虑紫外线辐射的冻融循环损伤度模型。结果表明:在一定冻融循环次数下,水灰比越小,质量损失率越小,相对动弹模量越高,混凝土的抗冻性越好;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;获得的冻融循环损伤度模型能够较好地反映经过紫外线辐射作用的面板混凝土的冻融循环损伤演变规律。     

冻融循环后在三向受压荷载下混凝土性能的试验研究

本文对经过0、25、50、75次快速冻融循环作用的混凝土试件进行了三个方向均为压荷载时的力学性能测试,观察了试件的破坏形态以及裂缝的走向特征,测得了试件的强度和应变,并采集到了应力-应变关系曲线。根据试验结果,讨论了冻融循环次数及中间应力对峰值应力及其所对应的应变的影响,建立了冻融循环后试件应变与中间应力比的关系式。     

冻融循环下考虑塑性损伤演化的饱和岩石本构模型

针对冻融循环下饱和岩石,提出冻融损伤与岩石基质受载塑性损伤耦合的损伤变量计算方法。之后基于修正Drucker-Prager帽盖屈服准则,推导出考虑岩石基质塑性损伤演化的本构模型,而后考虑冻融对岩石力学性能的劣化作用,建立了冻融循环下考虑塑性损伤演化的饱和岩石本构模型。最后采用冻融循环下花岗岩单轴压缩实验结果对所提模型进行了验证。结果表明：(1)冻融循环会造成岩石的初始损伤,且初始损伤随冻融循环次数的增大而增大;(2)岩石基质受载损伤与冻融损伤两者耦合,会增大试件的损伤程度,进而加速岩石力学参数的劣化;(3)模型预测岩石单轴抗压强度随冻融循环次数的增大而降低,理论值与实验值吻合良好,证明了该模型的有效性。     

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。     

砂岩与花岗岩在冻融循环和化学腐蚀下力学性能及断裂韧度变化的对比

为探究冻融循环-多种化学溶液溶蚀等因素耦合作用下岩石力学特性的变化规律,选取砂岩和花岗岩作为岩样开展了一系列岩石力学试验,借助智能显微镜观察比较了不同外部条件影响下岩石的表面微观结构,分析了岩石的溶液溶蚀机理和冻融损伤机理。试验结果表明岩石应力-应变关系、弹性模量、峰值应力、断裂韧度等力学特性受溶液溶质种类的影响较小,而受冻融循环温度影响显著,砂岩受冻融循环破坏程度大于花岗岩。两种岩石力学特性都随冻融循环温度的降低而减弱,I型断裂韧度与冻融循环温度之间呈二次函数关系。     

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。     

冻融循环对水泥土三轴强度指标与裂隙演化规律的影响

针对水泥改性淤泥质软土受冻融循环效应影响的工程问题,开展冻融循环处理后水泥土三轴剪切试验、CT扫描试验和SEM扫描试验,研究了不同冻融循环次数(0~10)次下水泥土的力学特征和微结构损伤规律。试验结果表明:水泥土三轴应力-应变曲线均为应变硬化曲线,黏聚力、内摩擦角随循环次数增加而逐渐减小,且分别表现为指数型和线性衰减趋势;根据CT扫描图像的二值化处理结果对裂隙演化规律进行了定量分析,发现裂隙率随循环次数增加保持指数型增加;在冻融循环过程中裂隙率与强度指标的变化保持一定的同步性;由SEM扫描试验可以观测到冻融循环使水泥土内部的水泥基胶结物流失,颗粒间密实度下降,这是导致裂隙扩展和力学性能衰减的微观机制。     

不同冻融方式下混凝土双K断裂韧度对比试验

为了研究不同冻融方式对混凝土双K断裂韧度带来的不同影响,设计了5组共计15个试件,分别经历干燥、水浸泡、水冻融、盐浸泡、盐冻融作用20 d后进行三点弯曲梁试验。测定了试件断裂过程中的荷载、张口位移、裂缝尖端应变等参数的特征值和全过程曲线,基于双K断裂理论分别计算了各组环境下混凝土的有效裂缝长度、起裂荷载、失稳荷载等断裂参数。结果表明:不同冻融方式对混凝土造成的影响具有一定的相似性,水冻融与盐冻融均会对混凝土的弹性模量造成损失,使其断裂力学性能下降,但会提高混凝土韧性。在损伤程度和损伤后混凝土受力表现上不同冻融方式有显著区别。水冻融后混凝土受荷时更易开裂,但水冻融环境对混凝土抵抗裂缝发展能力的影响不明显。盐冻融后混凝土抵抗裂缝发生以及发展的能力同时降低,但混凝土受力时裂缝的发生会相对推迟。     

锈蚀与冻融作用对混凝土抗拉性能的影响

为探究服役期内不同锈蚀率和冻融循环次数对混凝土拉伸性能影响的规律,通过氯离子电渗和冻融浸泡交替循环试验,并基于单轴拉伸实验结果建立了考虑锈蚀和冻融损伤的混凝土损伤因子计算方法。结果表明：锈蚀渗透对拉伸应力的损伤程度小于冻融循环对混凝土的损伤程度,冻融循环 30 次和 50 次拉伸应力分别降低了约 3.46%和 16.54%;当遭受冻融循环次数为 50 次时,氯离子渗透程度为 5%和 10%的试件损伤因子分别增大了 6.24%和 9.66%。通过对损伤试件拉伸性能进行评估,可对长期服役期内的损伤混凝土结构模拟提供可靠数据。     

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。     

Mode-I fracture and durability of FRP-concrete bonded interfaces

In this study, a work-of-fracture method using a three-point bend beam （3PBB） specimen, which is commonly used to determine the fracture energy of concrete, was adapted to evaluate the mode-I fracture and durability of fiber-reinforced polymer （FRP） composite-concrete bonded interfaces. Interface fracture properties were evaluated with established data reduction procedures. The proposed test method is primarily for use in evaluating the effects of freeze-thaw （F-T） and wet-dry （W-D） cycles that are the accelerated aging protocols on the mode-I fracture of carbon FRP-concrete bonded interfaces. The results of the mode-I fracture tests of F-T and W-D cycle-conditioned specimens show that both the critical load and fracture energy decrease as the number of cycles increases, and their degradation pattern has a nearly linear relationship with the number of cycles. However, compared with the effect of the F-T cycles, the critical load and fracture energy degrade at a slower rate with W-D cycles, which suggests that F-T cyclic conditioning causes more deterioration of carbon fiber-reinforced polymer （CFRP）-concrete bonded interface. After 50 and 100 conditioning cycles, scaling of concrete was observed in all the specimens subjected to F-T cycles, but not in those subjected to W-D cycles. The examination of interface fracture surfaces along the bonded interfaces with varying numbers of F-T and W-D conditioning cycles shows that （1） cohesive failure of CFRP composites is not observed in all fractured surfaces; （2） for the control specimens that have not been exposed to any conditioning cycles, the majority of interface failure is a result of cohesive fracture of concrete （peeling of concrete from the concrete substrate）, which means that the cracks mostly propagate within the concrete; and （3） as the number of F-T or W-D conditioning cycles increases, adhesive failure along the interface begins to emerge and gradually increases. It is thus concluded that the fracture properties （i.e.