冻融损伤影响下河道再生混凝土本构模型研究

应力-应变的本构关系是混凝土材料重要研究内容。为了揭示冻融循环作用下再生混凝土的力学损伤规律,结合Weibull强度理论与混凝土抗压试验结果,建立了混凝土细观损伤统计模型。试验结果表明：冻融循环损伤作用使得混凝土在单轴荷载作用下破坏程度越来越明显;随着冻融循环次数从0次增加到120次,抗压强度和弹性模量呈指数型衰减规律,且破坏应变呈增大趋势;基于Weibull强度理论构建了考虑冻融循环影响的混凝土损伤本构模型,拟合求解了模型的形状参数m和尺度参数ε₀,并将冻融循环次数T引入至该模型中,通过对应力-应变曲线的实测与模型拟合结果进行比较,验证了理论模型的合理性。     

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。     

荷载历史对混凝土动态受压损伤特性影响试验研究

为了研究荷载历史对混凝土应力应变全曲线、动态抗压强度及应力和应变空间动态损伤特性的影响,在应变速率10-5/s～10-2/s范围内,对历经了0%、30%、50%和75%极限抗压强度荷载历史后的普通混凝土受压试件进行了单轴动态抗压试验。试验结果表明,不同应变速率下历经荷载历史后,混凝土应力应变全曲线发生明显的变化;混凝土动态抗压强度随着应变速率的增加而增加,荷载历史超过某一槛值后,混凝土抗压极限强度明显降低;混凝土损伤应力槛值随着应变速率的增加而增加,历经超过损伤槛值的荷载历史后,混凝土的损伤应力槛值随着荷载历史的增加而减小,且损伤值随着荷载历史的增加而增加;混凝土损伤应变槛值受应变速率的影响不大,但随着荷载历史的增加而减小,且损伤值随着荷载历史的增加而增加。     

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。     

基于PFC 3D的某水利工程中混凝土冻融损伤破坏试验研究

针对某水利工程中所有混凝土材料,引入PFC 3D颗粒离散元分析方法,建立冻融损伤混凝土模型,研究了冻融循环次数与单轴峰值强度、泊松比、应变之间的关系,冻融循环次数150次相比0次峰值应力降低了20%,峰值点处应变值增大了23.1%,达0.16%。获得了峰值应力点A、应变0.3%点B、峰后1/2峰值应力点C处应力、位移特征与冻融循环次数之间的关系。揭示了混凝土冻融损伤单轴破坏后细观特征,分析了特征点处裂纹与循环次数间的演化规律,获得了特征点处均是剪切裂纹数量高于张拉裂纹,点C处为峰后阶段,不论何循环次数下,均具有贯通性破坏裂纹。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

冻融条件下水工混凝土渗透性演化试验研究

寒冷地区的混凝土面板堆石坝在经历长期冻融作用后,其面板渗透性逐渐增大,从而影响大坝安全稳定。为此,通过解决冻融作用下混凝土表面不平整等问题,利用Autoclam渗透性测试仪测试了不同水胶比、掺粉煤灰以及引气剂下混凝土渗透性随冻融次数的变化规律。结果表明,不同水胶比混凝土的渗透系数随冻融次数的增加均呈指数增长趋势,水胶比较小的混凝土其渗透系数增长的最缓慢;高冻融循环次数后,同时掺粉煤灰和引气剂对增强混凝土的抗渗性效果最明显。此外,还探究了冻融条件下混凝土渗透性与其抗压强度之间的相关性。     

冻融循环对风化砂改良膨胀土无侧限抗压强度影响研究

研究了风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度与风化砂掺量、冻融循环次数之间的定性和定量关系。在膨胀土中分别掺入0,10%,20%,30%,40%,50%的风化砂,在经过0,1,3,6,9,12次冻融循环后,在万能试验机上进行无侧限抗压强度测试。试验结果表明在同一冻融循环次数下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随掺砂比例的增大总体呈现先增大后减小的趋势,当掺砂比例为10%时,风化砂改良膨胀土试样的无侧限抗压强度最大;在同一掺砂比例下,风化砂改良膨胀土的无侧限抗压强度随冻融循环次数的增大而减小,其降低的幅度随冻融循环次数的增大也呈减小的趋势;对试验数据进行回归分析,建立无侧限抗压强度与冻融循环次数之间的数学模型,二者之间表现出良好的自然对数关系,且无侧限抗压强度与冻融循环次数的自然对数呈线性负相关关系。     

高温作用下不同水灰比混凝土的抗冻融性能研究

采用快速冻融法,对经受不同高温、不同水灰比的混凝土进行了40次抗冻融循环.通过抗压强度试验测得混凝土的峰值应力、应变和弹性模量.探讨了不同高温作用和不同配合比对混凝土抗冻融性能的影响.研究分析表明:随高温作用温度的升高和水灰比的增大,混凝土的峰值应力逐步降低,弹性模量逐步减小.根据试验结果得出了混凝土冻融后弹性模量与高温作用温度的关系式.计算结论可为经受高温作用的混凝土抗冻融设计提供理论依据.