面板混凝土冻融劣化后动力性能的研究

为研究应变速率对面板混凝土经冻融劣化后动力性能的影响,对面板混凝土进行不同次数(0、25、50、75、100、125、150、175、200次)的冻融循环和不同应变速率(1×10-5、1×10-4、2×10-4、5×10-4、1×10-3s-1)的单轴压缩以及常规三轴试验。结果表明:单轴压缩试验下,应变速率相同的面板混凝土,冻融劣化程度加大,其动态极限抗压强度逐渐降低,峰值应变逐渐提高;冻融次数相同的面板混凝土,随着应变速率的增大,其单轴动态极限抗压强度随之增大,峰值应变随之降低。常规三轴试验下,经100次冻融循环、同一应变速率的面板混凝土,随着围压的增大,其极限抗压强度增幅减弱,混凝土的率敏感性有所降低,峰值应变随之提高。     

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。     

冻融混凝土基于声发射技术的单轴动态劈拉损伤特性研究

为了研究混凝土冻融劣化后的动态劈拉损伤特性,对历经 0、10、20、30、40 次冻融后的混凝土进行应变速率为 10 － 5 / s、10 － 4 / s、5 × 10 － 4 / s、10 － 3 / s 的单轴劈拉试验,分析了冻融循环次数和应变速率对混凝土劈拉强度和吸能能力的影响,并利用声发射技术分析了劈拉破坏过程中混凝土损伤发展情况。结果表明: 随应变速率增大,劈拉强度线性增大; 随冻融循环次数的增加,劈拉强度线性减小; 随应变速率的增大,混凝土吸能能力增大; 随冻融循环次数的增加,混凝土吸能能力减小; 实时采集的声发射信号可用来描述混凝土劈拉破坏过程; 混凝土劈拉损伤均随应变速率和冻融循环次数的增大而增大,当应变速率为 10 － 3 / s 时的斜率缓慢增加到累计能量的 10% 左右,当加载应力为峰值应力的 80% 左右时,试件内部能量急剧释放,试件迅速破坏。     

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。     

不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验

为研究冻融循环作用对混凝土力学性能的不利影响,分别对混凝土进行0,10,25,35和50次快速冻融循环,并利用10 MN大型多功能动静力三轴仪对混凝土历经40%f_c的荷载历史作用后(f_c=40 MPa为普通混凝土单轴抗压强度),以10-4/s的应变速率进行单轴压缩试验,得到冻融循环后混凝土的单轴抗压强度,并分析其损伤演化规律与破坏机理。结果表明:随着冻融循环次数的增加,历经相同加载历史作用后的混凝土的单轴抗压强度逐渐降低,且峰值应力随冻融循环次数的变化呈二次曲线关系;选用修正后的Weibull-Lognormal分段式损伤本构模型,经验证能够较好拟合冻融劣化混凝土历经荷载历史作用后单轴应力应变曲线;此外,冻融循环次数越多,对混凝土造成的损伤程度越大,在损伤发展的后期阶段,冻融程度较大的混凝土损伤路径大幅度延长且趋于扁平化,直至进入破坏阶段。     

全级配混凝土冻融循环后单轴动态抗压性能试验研究

为研究冻融及动力作用对全级配混凝土单轴抗压性能的影响,对全级配混凝土进行不同冻融循环次数(0、25、50、75、100次)的冻融循环试验及不同应变速率(10-5/s、10-4/s、10-3/s、10-2/s)的单轴动态抗压试验。实测了全级配混凝土经历不同冻融循环次数后的质量损失、损伤形态,以及不同应变速率下全级配混凝土的单轴动态极限抗压强度、应力-应变关系曲线。研究结果表明:全级配混凝土质量损失率与冻融循环次数呈二次曲线关系;在相同应变速率下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随冻融循环次数的增加而降低;在相同冻融循环次数下,全级配混凝土单轴动态极限抗压强度随应变速率的增大而提高。对试验结果分析的基础上,建立了综合考虑冻融循环次数与应变速率影响的全级配混凝土的统一破坏准则,可为水工建筑物的设计、维修等提供试验及理论依据。     

超低温冻融循环后混凝土应力～应变全曲线试验研究

通过对21个混凝土棱柱体试件进行冻融循环后的应力~应变全曲线试验,分析比较了不同温度和冻融循环次数对混凝土应力~应变全曲线的影响。试验研究表明:(1)超低温冻融循环后混凝土峰值应力降低,峰值应变随冻融循环次数的增加而增大;(2)在相同冻融循环次数条件下,冻融温度越低,相应的下降段曲线下降越缓慢;(3)在其他条件相同的情况下,冻融循环次数是影响不同冻融温度之间差异是否明显的主要因素。通过非线性拟合得到了受超低温冻融循环作用的混凝土应力~应变理论曲线,研究成果可为混凝土材料非线性分析提供参考。     

基于声发射技术的冻融劣化混凝土损伤特性研究

利用动静力三轴仪进行冻融劣化后的混凝土单轴循环加卸载试验,试验过程中同步采用声发射装置全程采集声发射数据,对声发射能量参数与应力应变的关系进行分析,并进行基于声发射技术的混凝土损伤特性分析。结果表明:整个循环加卸荷过程中,声发射的能量数主要集中出现在加载阶段,卸载阶段的能量数很少或几乎没有;混凝土的损伤变量随着累计塑性应变的增大呈现先缓慢增大、随后迅速增大、最后趋于缓慢增大的变化趋势;通过分析不同冻融循环次数、不同应变速率下的损伤变化规律,将混凝土循环加卸荷的损伤过程分为损伤起始、损伤稳定发展、损伤破坏三个阶段;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上呈增大的趋势。     

冻融条件下卸荷损伤砂岩力学特性试验研究

寒区陡高岸坡开挖卸荷岩体的冻融侵蚀作用严重影响着开挖边坡的长期稳定与安全。以某寒区边坡开挖卸荷岩体为对象,综合考虑开挖扰动与冻融循环侵蚀交互作用的室内试验方案,以卸荷量为损伤划分标准开展三轴卸荷损伤试验制备卸荷损伤岩样,随后进行冻融循环试验与再承载力学试验。结果表明：冻融循环作用引发卸荷损伤砂岩内部孔隙裂隙的进一步扩展,其再承载峰前应变增长速率明显加快,且峰前应变量随冻融次数的增加而降低;指数函数模型较好的描述了再承载峰值强度的劣化规律,其量值受到围压大小的控制;卸荷效应为冻融循环侵蚀提供了作用通道,冻融6次时卸荷损伤砂岩表观出现宏观裂纹,且随着冻融次数的增加而发生变形扩展,再承载破坏形态表现出冻融次数越多,破裂块体或破坏裂纹也随之增多。     

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。     

混凝土剪切强度影响因素敏感性分析

针对高寒地区混凝土结构发生的冻融破坏现象,以及混凝土结构会发生剪切破坏的特点,利用大型多功能动静力电液伺服三轴试验机和剪切盒装置进行了混凝土剪切试验,研究分析了法向应力、应变速率和冻融循环次数对混凝土剪切强度发展规律的影响。通过定义无量纲形式的敏感性函数,比较了法向应力、应变速率和冻融循环次数3种因素变化对混凝土剪切强度的敏感性,并对各影响因素的敏感性进行排序。分析结果表明:①混凝土剪切强度随法向应力的增大而提高,其试验曲线分为线性上升段、非线性上升段和稳定段3个阶段;混凝土内部微裂缝和孔隙中的自由水是引起混凝土剪切强度随应变速率增大而增大的重要因素;混凝土孔隙率增大是混凝土剪切强度随冻融循环次数的增加而降低的原因。②当混凝土冻融循环次数不高于50次、法向应力不大于35 MPa且加载的应变速率为10-5/s~10-3/s时,冻融循环次数对混凝土剪切强度的敏感性影响较大,法向应力对混凝土剪切强度的敏感性影响较小,应变速率对混凝土剪切强度的敏感性影响最弱。     

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。     

孔隙水压循环次数对混凝土损伤影响

历经不同孔隙水压循环次数（0,10,50和200次）后,进行了中低应变速率(10-4/s)下混凝土常三轴受压损伤特性试验研究,分析其峰值应力、应变和弹性模量等基本力学参数随孔隙水循环次数变化的关系。同时依据受压切线模量的退化定义了损伤变量,得到应力水平比 损伤曲线,对混凝土损伤特性进行了研究。结果表明:①历经不同孔隙水循环后,混凝土常三轴受压峰值应力和应变随循环次数的增加呈指函数增加的趋势;弹性模量随循环次数的增加呈幂函数减小趋势并逐渐趋于平缓。②历经不同孔隙水循环次数后,混凝土的损伤发展速度整体上均大于0次循环,且随着循环次数的增加损伤速度逐渐降低。③通过应力水平比 损伤曲线,将混凝土损伤演化过程分为3阶段:损伤起始阶段、损伤发展阶段和损伤失稳阶段,同时依据所求损伤变量数据,拟合构建了损伤随应力水平比的演化方程。④依据损伤3个发展阶段定义了损伤界点,分析了损伤界点和损伤3阶段的应力水平区间长度随不同循环孔隙水压次数的变化。分析表明,随孔隙水压循环次数的增加,损伤界点对应的应力水平先增后减。