冻融劣化混凝土的单轴循环加卸荷动态特性试验研究

摘要

在东北、华北、西北地区，由于水、温度等环境因素的影响，温度常在零下20～30℃左右，气温年变幅度大，并且常温施工季节较短，所以大多数工程一般在初冬时期还未完工，有的工期可能更长。这些地区的工程项目也是普遍存在的，因此这些地区的混凝土结构必然会受到冻融循环的影响。同时这些地区的结构如桥墩、大坝、海洋平台等会受到车辆或波浪等荷载的反复作用，从而导致混凝土构件没有达到承载力设计值就已经破坏了，同时处于这些地区的混凝土建筑物还会受到地震荷载的作用。然而学者对冻融循环后的混凝土的力学相关性能没有进行较深入的研究，将这三种因素结合起来研究混凝土的相关力学性能更是少见。
　　为此，本文在国家自然科学基金（52579139）的资助下，利用三峡大学与长春朝阳试验仪器有限公司联合研制的10MN大型多功能静动力三轴仪对历经不同冻融循环次数后的混凝土试件进行了在不同加载速率下的单轴循环加卸载压缩试验，并利用SAEU2S声发射系统同步监测了混凝土破坏过程。本文的具体工作内容及主要结论有以下几个方面。
　　1）将冻融循环后的混凝土试件进行了质量称重，分析了混凝土的质量损失与冻融循环次数之间的关系。试验结果表明，混凝土的质量损失随着冻融循环次数的增加先增加后减小，其变化规律类似于开口向上的抛物线。
　　2）对混凝土试件进行了不同冻融循环次数（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。对峰值应力、峰值应变、弹性模量等物理力学参数的变化规律进行了统计分析，分别对比分析了冻融循环次数以及应变速率对混凝土物理力学参数的影响。
　　3）对混凝土在历经不同冻融循环次数后，在不同应变速率作用下的循环加卸载曲线、外包络线进行了特性分析，同时对混凝土在循环加卸荷全阶段的耗散能、弹性应变能、塑性应变能的变化规律进行了分析，研究了冻融循环次数以及应变速率分别对这三种能量的影响。
　　4）构建了基于 Weibull统计理论的混凝土材料动态损伤本构模型，并对损伤变量和模型中的材料参数进行了拟合分析。结果表明，混凝土损伤特性在峰前服从Weibull统计分布，峰后服从Lognormal统计分布，以这两个函数组合的分段函数来描述混凝土外包络线的变化规律，效果较好。
　　5）构建了混凝土在不同冻融循环次数、不同应变速率作用下的应力、应变时间曲线与同步声发射参数之间的对应关系，在此基础上探索了混凝土在损伤破坏全过程中的能量释放特性，分析了能量释放特性随加载速率变化而变化的规律，利用声发射能量数所确定的损伤变量分析了混凝土的损伤特性。

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选题的依据与意义

国内外文献资料综述

混凝土的动态压缩性能试验研究现状

冻融循环作用后混凝土的力学性能研究现状

混凝土动态损伤以及声发射的研究现状

1 绪论

1.1 北方混凝土构筑物存在的问题

1.2 本文研究内容和研究方法

1.3 技术路线

2 试验主要设备简介及试验过程

2.1 试验主要设备简介

2.2 试件制作及试验过程

2.3 本章小结

3 质量损失以及基本力学参数分析

3.1 混凝土质量损失分析

3.2 混凝土强度分析

3.3 混凝土变形分析

3.4 混凝土弹性模量分析

3.5 本章小结

4 全曲线和外包路线特征及能量演化研究

4.1 试验全曲线与外包络线特征分析

4.2 循环加卸荷下混凝土能量的定义与计算方法

4.3 循环加卸荷下混凝土能量演化规律研究

4.4 本章小结

5 基于weibull统计理论的损伤本构模型研究

5.1 外包络全曲线模型构建及损伤变量分析

5.2 形状控制参数m与c 的分析

5.3 本章小结

6 基于声发射技术的混凝土损伤特性研究

6.1 声发射能量参数与应力应变的关系

6.2 基于声发射的混凝土损伤特性分析

6.3 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录：攻读工程硕士学位期间参与的项目及发表的文章