冻融循环作用下混凝土结构寿命分析

分析混凝土冻融试验资料,推导出混凝土的粘聚力c及内摩擦角φ值与混凝土冻融循环次数N、未冻融前单轴抗拉强度ft0及单轴抗压强度fc0的关系公式;推导出弹性模量E及泊松比μ与混凝土冻融循环次数N的关系公式;通过联系实验室冻融和现场冻融的等效室内冻融循环次数公式,得出等效室内冻融循环次数的经历时间.然后采用有限单元法对混凝土结构在冻融循环条件下的应力、应变及屈服状态进行分析,并对其寿命进行预测.最后,采用此方法,预测了一个混凝土简支梁结构的寿命.     

水泥混凝土宏观性能与孔结构量化关系模型

为建立水泥混凝土宏观与微观性能之间的量化关系,以交通基础设施经常承受的干湿循环、氯盐侵蚀、碳化和冻融循环4种劣化因素为对象,设计了模拟自然环境的多种劣化因素综合作用的水泥混凝土室内耐久性试验方法。分别测试混凝土的宏观和微观性能,提出相对变化率概念,并给出相对变化率指标的计算方法。运用层次分析法、归一化方法以及灰色关联理论,计算宏微观性能关联度及孔结构对宏观性能的影响权重。最终建立了微观孔结构特征变化与宏观性能变化之间的量化关系模型。通过测试混凝土微观孔结构参数变化,运用该模型,可以推算出混凝土宏观性能的劣化程度。     

极端温度冻融循环对混凝土耐久性的影响

采用飞机结构及机构环境试验系统模拟实验室内极端温度环境,对不同型号混凝土试块进行环境耐久性试验,得出了极端环境温度条件下冻融循环次数与混凝土试块的相对动弹性模量、质量损失率、抗折强度损失率和抗压强度损失率之间的变化规律,自然养护和未添加钢纤维混凝土试块在经历60次冻融循环后,其冻融特性出现明显下降.标准养护和添加钢纤维组混凝土试块的冻融特性明显优于自然养护和未添加钢纤维组的混凝土试块.     

混凝土冻融损伤特性分析及寿命预测

通过对混凝土冻融损伤特性的分析,混凝土冻融破坏可以用与疲劳问题相类似的方法来分析.混凝土材料特性的离散性.导致在给定损伤量状态下的冻融循环次数是一个随机变量,分析发现它较好地服从三参数Weibull分布.基于三参数Weibull分布模型,在已有试验数据的基础上,建立了冻融环境下混凝土损伤量与冻融循环次数的概率关系曲线,并回归得到不同保证率下冻融循环累积损伤模型.为冻融环境下混凝土寿命预测以及健康诊断提供了参考依据.     

高海拔寒冷地区建筑混凝土抗冻耐久性测试研究

针对以往高海拔寒冷地区建筑混凝土抗冻耐久性测试方法容易受到冻融循环作用影响而导致测试指标不明确的问题，选取高海拔寒冷地区建筑混凝土为研究对象，以冻融循环测试为基础，采用可拓层次分析法确定数值属性的可拓区间，计算不同因素间相对重要程度，确定相对动弹性模量指标。通过分析材料疲劳荷载与寿命之间的关系，构建混凝土疲劳寿命模型，确定抗压强度指标。根据混凝土透水系数确定孔隙率指标。测试结果表明：增大水胶比比例，相对动弹性模量数值变小，混凝土抗冻耐久性变差；随着引气剂用量的减少，冻融周期延长，相对抗压强度增大，混凝土抗冻耐久性变差；平均孔径增加，混凝土连续孔隙率增加，混凝土抗冻耐久性变差。     

混凝土随机冻融损伤三维预测模型

为了有效评估混凝土在冻融循环作用下的损伤,在混凝土损伤力学理论的基础上,结合实验测试建立混凝土冻融损伤预测模型,开展了引气混凝土在冻融作用后抗拉强度测试试验研究。针对混凝土的耐久性失效实质是一个内部损伤演变的逐步劣化过程,对混凝土试块进行网格离散,应用概率方法分析混凝土冻融随机损伤的累积发展过程,建立混凝土损伤演化的三维多元Weibull分布模型,基于梯度法进行参数估计,采用实测数据进行模型验证,设计了相应算法,采用C＋＋语言编制程序进行计算,建立适用于冻融条件下的混凝土耐久性随机预测模型。数值和实测数据显示,随着冻融次数的增加,混凝土的损伤呈现非线性增长趋势。     

冻融循环作用下混凝土材料寿命评估方法

为判断服役混凝土材料能否在设计基准期内实现预定的使用功能,提出基于材料学的计算准则来评估冻融循环作用下混凝土材料的寿命.推导两参数Weibull分布的概率分布函数和相对动弹性模量损失率的关系,建立基于概率论和损伤理论的混凝土冻融损伤模型,并论证其适用性.在此模型基础上进一步提出混凝土等效冻融损伤模型,将各混凝土冻融循环试验的结果统一.结果表明,采用基于概率论和损伤理论建立的混凝土冻融损伤模型预测混凝土材料寿命是合适的.     

冻融作用对混凝土跨海大桥桥墩稳定性影响研究

北方海域海水冻融作用对混凝土跨海大桥的安全稳定性具有重要的影响,针对该问题,通过室内冻融试验研究得出了青岛海湾大桥桥墩混凝土在冻融循环作用下的极限抗压强度及其峰值应变、极限抗拉强度、弹性模量等力学性能指标随不同冻融循环次数的衰退规律,并推导出混凝土冻融损伤本构方程.根据室内外试验的对比关系,得出了桥墩混凝土结构各力学性能指标随结构服役时间的退化规律及不同服役期内混凝土的冻融损伤本构方程.建立了青岛海湾大桥沧口段航道桥过渡墩基础的3维有限元模型,应用非线性理论对过渡墩基础进行了数值分析,得出了不同服役期内该混凝土过渡墩基础的最大应力与最大竖向位移的产生位置及其随时间的变化趋势,并分析了其安全性规律,得出了若干结论,可为工程前期设计及后期维修加固提供一定的参考依据.     

基于CT技术的混凝土冻融环境下细观损伤机理的试验研究

应用CT技术对冻融环境下的混凝土破损全过程进行了追踪,获得了不同冻融循环次数下混凝土细观结构变化特征.运用图像处理技术初步分析了冻融环境下混凝土细观损伤扩展的演化过程;并以图像中CT均值的变化为基础,建立了基于细观统计力学的损伤变量与冻融循环的关系曲线,以此对冻融循环条件下混凝土细观结构的损伤演化规律及破损机理进行了定量研究.结果表明:试样内部CT均值以及损伤变量的变化趋势表征了经过冻融循环后混凝土材料从初始细观损伤到表现出宏观力学性能劣化的全过程,为从细观试验角度解释混凝土在冻融环境下的宏观变化规律提供了一种可行的方法.     

季冻黄土地区框锚边坡预应力锚杆内力计算方法

冻融土体与锚杆之间相互作用机理研究的不足,导致工程实践中未能充分考虑土体冻融对锚杆内力的影响。针对该问题,基于西宁市季冻湿陷性黄土冻融循环三轴剪切试验,建立考虑冻融次数影响的湿陷性黄土黏聚力经验关系式;根据锚固体与周围土层的变形协调关系,推导冻融条件下框架预应力锚杆锚固段轴力和剪应力的解析式,将理论计算结果与现场试验结果进行对比验证,并分析冻融次数对锚固段轴力和剪应力的影响。结果表明：随冻融次数的增加,土体黏聚力呈指数型下降,锚固段轴力和剪应力在前3次冻融循环中急剧增大,冻融次数达到7次后趋于稳定;相较锚固段末端,锚固段始端轴力受冻融次数的影响更大,但锚固段始端至末端的剪应力随冻融次数的变化规律基本相同;现场试验结果验证了计算方法的合理性。     

基于可靠度的混凝土结构耐久性环境区划

以混凝土结构设计区划为研究对象,根据环境对混凝土结构寿命的影响程度,对影响混凝土结构耐久性的环境因素进行区域等级划分,并提出给定分区耐久性设计指标规定的基本方法.综合国内外研究成果,给出与耐久性有关的标准内部参照条件的确定原则及相应参数的基准参考值.针对碳化作用,结合环境温度、湿度和混凝土强度对混凝土碳化深度影响的试验研究,建立适合于区划的结构耐久性极限状态和耐久可靠指标及相应的预测模型,确定了结构耐久性寿命预测的概率方法.以预测的耐久寿命为主导标志,根据损伤梯度等分原则确定区域划分边界值,建立了全国版图范围内碳化侵蚀作用下的混凝土结构耐久性环境区域划分,给出了与现行规范相结合的利用区划进行混凝土结构耐久性设计的具体方法.     

基于灰色理论的混凝土梁冻融后质量损失率预测

目的对冻融循环作用后,混凝土强度等级为C30的钢筋混凝土梁的质量损失率进行定量分析,为建筑结构设计和耐久性检测提供参考．方法引入控制论当中的灰色预测理论对冻融循环试验结果进行分析,在此基础上对试验结果的平均值进行预测分析并得出规律．结果对两组冻融循环作用180次的试验数据以及数据的平均值进行预测,得出钢筋混凝土梁的质量损失率与冻融循环作用次数之间的关系式,且计算结果与试验结果之间的残差值在理论控制范围内．结论通过对比分析三个曲线方程,得出其中最适合表达混凝土梁质量损失率与冻融循环次数之间关系的曲线方程,且推导出的方程可以用于实际工程计算和分析．     

Durability of lining concrete of subsea tunnel under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation

Through the fast freeze-thaw cycle test,accelerated carbonation test,and natural carbonation test,the durability performance of lining concrete under combined action of freeze-thaw cycle and carbonation were studied.The experimental results indicate that freeze-thaw cycle apparently accelerates the process of concrete carbonation and carbonation deteriorates the freeze resistance of concrete.Under the combined action of freeze-thaw cycle and carbonation,the durability of lining concrete decreases.The carbonation depth of lining concrete at tunnel openings under freeze-thaw cycles and tunnel condition was predicted.For the high performance concrete with proposed mix ratio,the lining concrete tends to be unsafe because predicted carbonation depth exceeds the thickness of reinforced concrete protective coating.Adopting other measurements simultaneously to improve the durability of lining concrete at the tunnel openings is essential.     

季冻区聚丙烯纤维网混凝土的低温抗裂性能

针对普通混凝土易开裂、耐久性不良等问题,通过室内试验探讨聚丙烯纤维网混凝土的低温抗裂性能.利用weibull分布,研究在常温、冰冻及冻融循环状态下纤维掺量对水泥混凝土断裂能和疲劳寿命的影响.结果表明,聚丙烯纤维网具有提高混凝土耐久性的作用,冻融后抗压强度提高13.9%;早龄期抗裂性随着聚丙烯纤维掺量的增加而提高,在掺量为0.9 kg/m3时经济性最佳.     

不同亲水性能的纤维对混凝土抗冻耐久性的影响

为了研究不同亲水性能的纤维对混凝土抗冻性能的影响规律,本文选择了3种不同回潮率的纤维,采用快冻法对纤维混凝土的抗冻耐久性进行了试验研究;分析了不同纤维混凝土的冻融损伤规律,以及回潮率对其冻融损伤的影响。利用SEM对冻融前后纤维-水泥石基体进行了观测,进一步探讨了纤维亲水性对混凝土抗冻性能的影响机理。结果表明,亲水性良好的纤维能够与水泥石更好的共同作用,有效抑制混凝土内部初期微缺陷及冻融过程中微缺陷的生长;而疏水性纤维难以与水泥石难以形成有效的共同作用体系,对于冻融循环过程中微缺陷的生长抑制能力较弱,其纤维-水泥石之间的薄弱带甚至可能会加速混凝土的冻融损伤;且随着冻融循环次数的增加,纤维的亲水性对混凝土的抗冻性能影响愈加明显。     

混凝土冻融损伤厚度的超声波检测

为分析混凝土结构的冻融损伤厚度,采用快冻法进行引气混凝土试验梁在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的盐冻试验.基于超声脉冲检测方法,依据波速在不同物质中的传播速度差异,对冻融300次后的混凝土试块进行超声检测,得到混凝土冻融损伤厚度.结果表明,该配合比对应的混凝土试块在冻融循环300次后冻融厚度约为30 mm,未超过混凝土结构的钢筋保护层厚度.     

碱激发下粉煤灰-市政污泥固废基混凝土抗冻融性能

为改善市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,在氢氧化钠及水玻璃的复合激发下,用经生石灰改性后的市政污泥取代10%细骨料,粉煤灰分别取代10%、20%与30%水泥,制备了混凝土。分析了不同冻融循环次数下,混凝土的表观现象、相对质量、相对动弹性模量、相对抗压强度及微观结构随粉煤灰掺量与碱当量的变化规律,分别以相对动弹性模量与相对抗压强度为损伤变量建立了不同的冻融损伤模型。研究结果表明：随冻融循环次数增加,混凝土表观损伤愈发严重,内部孔隙增多,相对动弹性模量及相对抗压强度显著降低;与对照组相比,粉煤灰及碱激发剂的加入可以改善市政污泥对混凝土冻融耐久性的劣化效果,降低混凝土在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失;当粉煤灰掺量10%、碱当量4%时,粉煤灰可在碱激发剂及改性污泥中残余碱的联合作用下被较充分地激发,可消纳改性污泥中的残余碱,减弱市政污泥对混凝土抗冻融性能的劣化效果,此时混凝土水化程度最高,在冻融循环作用下的质量损失、动弹性模量损失及抗压强度损失最小,且服役寿命最长,约为16a以上;相对动弹性模量与相对抗压强度相关性良好,分别以两者为损伤变量的冻融损伤模型与试验结果均吻合良好。     

冻融环境作用下RC剪力墙抗震性能试验

为了解冻融环境作用下RC剪力墙的抗震性能,采用人工气候实验室对6片剪跨比为2.14的RC剪力墙试件进行冻融循环模拟试验,而后对其进行拟静力加载试验,得到了不同混凝土强度等级和不同冻融循环次数下冻融试件的滞回曲线,绘制出各个试件的骨架曲线,分析了混凝土强度和冻融循环次数对冻融试件强度、刚度、延性、耗能能力等抗震性能指标的影响.结果表明:相同混凝土强度的RC剪力墙随冻融循环次数的增加,承载力、位移延性系数和塑性转角显著降低,强度衰减和刚度退化幅度增大,累积耗能不断减小,抗震性能降低;经相同次数冻融循环的RC剪力墙随混凝土强度等级的提高,承载力和累积耗能增加,强度衰减和刚度退化幅度降低,而延性则先增加后减小,说明提高混凝土强度等级可改善冻融后RC剪力墙的抗震性能.     

Durability of concrete structures strengthened with FRP laminates

Based on the fast freeze-thaw cycling test, the alkaline immersion test, the water immersion test and the wet-thermal exposure test, the influence of aggressive environments on mechanical behavior of FRP was studied. CFRP specimens subjected to aggressive environments showed good durability with no significant degradation in tensile strength and modulus; however, GFRP specimens exhibited a little decrease in mechanical property after aggressive environments exposure. Based on the fast freeze-thaw cycling test and the wet-thermal exposure test, the influence of aggressive environments on the bond behavior between FRP and concrete, mechanical behavior of concrete beams and columns strengthened with FRP laminates was studied. The results showed that the bond strength had a significant decrease compared with those specimens kept at room temperature, and the specimens strengthened with FRP exhibited good durability.