冻融后混凝土力学性能及钢筋混凝土粘结性能的研究

摘要

处于寒冷地区的钢筋混凝土结构物常常发生冻融破坏，抗冻性能是钢筋混凝土耐久性能中非常重要的方面。冻融循环作用后，混凝土的抗冻性能和力学性能发生退化，钢筋与混凝土的粘结性能也遭到破坏，研究冻融循环作用后混凝土的力学性能和钢筋混凝土的粘结性能具有十分重要的工程意义。本文通过试验研究和理论分析，主要完成了以下工作： 1、试验研究了尺寸为100×100×100mm的混凝土小试件冻融后的单双轴力学性能和抗冻性能，并试验研究了尺寸为150×150×150mm的混凝土标准试件冻融后的单轴力学性能。分别建立了两种混凝土试件的各力学指标与冻融循环作用次数的关系公式，并建立了冻融后混凝土小试件与标准尺寸混凝土试件的强度转换计算公式。通过双轴强度试验数据分析，研究了冻融循环作用对混凝土双轴压作用下强度和变形的影响。采用统一的应力-应变方程形式来表示混凝土遭受冻融循环作用后的本构关系。 2、基于各向同性连续损伤力学理论，以损伤条件下的弹性模量和泊松比为变量，基于Ottosen理论模型建立了混凝土冻融损伤破坏准则，并以Ottosen本构理论模型为基础，利用建立的冻融损伤破坏准则构建了混凝土冻融损伤本构模型，并编制了本构模型有限元程序，为有限元计算应用提供参考。 3、试验研究了冻融循环作用后两种外形、三种直径、三种粘结长度的钢筋与混凝土的粘结性能，分析了冻融循环对钢筋粘结性能的影响，并分析了设定冻融循环次数作用后钢筋外形、钢筋直径、钢筋粘结长度和混凝土强度对钢筋与混凝土粘结锚固性能的影响。 4、把钢筋混凝土粘结滑移曲线分为四个阶段，分别对光圆钢筋和不同直径、不同粘结长度的螺纹钢筋的粘结滑移曲线随着冻融循环作用次数的增加而变化作了较详细的分析，从试验角度分析了冻融后钢筋和混凝土粘结性能的退化机理。基于细观力学模型建立了冻融后钢筋混凝土界面层受冻时的静水压力理论计算公式，从细观力学角度分析了冻融后光圆钢筋粘结性能迅速退化的机理。通过钢筋与混凝土界面层的粘结．摩擦力学模型分析，揭示了光圆钢筋与混凝土粘结试件在冻融循环作用后，粘结强度迅速下降的本质原因，并解释了光圆钢筋粘结滑移曲线的不同阶段随着冻融循环作用次数增加而变化的机理。通过弹塑性厚壁圆筒理论计算模型，建立了钢筋粘结强度理论计算公式，并通过与试验得到的粘结强度相比较，从理论上揭示了在试验中发生的螺纹钢筋粘结试件在遭受一定冻融循环次数作用后，拔出破坏形态发生变化的机理。 5、基于三参数Weibull分布，在理论分析的基础上建立了混凝土结构冻融损伤可靠度分析模型，认为混凝土结构遭受冻融循环作用的正负峰值温度差是随机变化的，把混凝土结构冻融损伤近似看作不同正负峰值温度差顺序作用损伤累积的结果，利用等效损伤原理，推导了计算混凝土冻融损伤失效概率计算公式。得出了混凝土结构冻融损伤剩余寿命的计算公式，并结合混凝土冻融的定量化分析，得出了在遭受一定的冻融损伤后混凝土结构的剩余工作年限。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2混凝土耐久性能

1.3混凝土抗冻耐久性能研究进展

1.3.1混凝土冻融破坏机理的研究

1.3.2衡量混凝土抗冻性能的技术指标

1.3.3混凝土抗冻性能研究的技术手段

1.3.4多因素作用下混凝土的抗冻性能的研究

1.3.5混凝土抗冻性能的应用性研究

1.4钢筋与混凝土粘结性能研究进展

1.4.1钢筋与混凝土的粘结试验方法

1.4.2影响钢筋混凝土粘结性能的因素

1.4.3钢筋与混凝土的粘结本构关系

1.4.4粘结强度的计算

1.4.5钢筋与混凝土粘结的数值模拟

1.5钢筋与混凝土粘结耐久性的研究

1.5.1钢筋锈蚀对钢筋与混凝土粘结性能的影响

1.5.2高温对钢筋与混凝土粘结性能的影响

1.5.3冻融循环对钢筋与混凝土粘结性能的影响

1.6本文的研究内容

1.7研究意义

2冻融循环作用后普通混凝土强度与变形性能的试验研究

2.1引言

2.2试验概况

2.2.1试验材料

2.2.2试件制备与养护

2.2.3试验设备与程序

2.3试验结果与分析

2.3.1快速冻融循环试验及结果

2.3.2冻融循环作用后两种混凝土试件的强度试验

2.3.3冻融循环作用后两种混凝土试件的受压变形性能

2.3.4冻融循环作用对两种混凝土试件性能的影响分析初步

2.4冻融循环作用后混凝土的双轴压试验研究

2.4.1试验现象

2.4.2冻融后混凝土双轴压试验曲线

2.4.3冻融后混凝土双轴抗压强度

2.4.4冻融后混凝土双轴压变形性能

2.5小结

3混凝土冻融损伤破坏准则与冻融损伤本构模型研究

3.1引言

3.2破坏准则与本构关系理论

3.2.1各向同性连续损伤力学

3.2.2混凝土强度准则

3.2.3混凝土Ottosen本构关系模型

3.3混凝土冻融损伤破坏准则

3.3.1混凝土冻融损伤变量

3.3.2混凝土冻融损伤的演化方程

3.3.3混凝土冻融损伤破坏准则

3.3.4混凝土冻融损伤Ottosen强度模型

3.4混凝土冻融损伤本构模型

3.4.1破坏准则的确定

3.4.2非线性指标

3.4.3割线模量

3.4.4割线泊松比

3.4.5等效单轴应力应变关系

3.5冻融损伤本构模型的程序实现

3.5.1程序框图

3.5.2冻融损伤本构模型的验证

3.6 小结

4冻融循环作用后钢筋与混凝土粘结性能的试验研究

4.1引言

4.2试验介绍

4.2.1试验材料

4.2.2试件设计与制作

4.2.3试验装置和试验程序

4.3冻融后拔出试验结果与分析

4.3.1试验现象

4.3.2各种钢筋冻融后的拔出荷载—滑移曲线

4.3.3拔出试验结果分析

4.4小结

5冻融循环作用后钢筋与混凝土粘结性能退化机理研究

5.1引言

5.2钢筋与混凝土粘结机理简述

5.2.1.光圆钢筋与混凝土粘结机理

5.2.2.螺纹钢筋与混凝土粘结机理

5.3混凝土冻融破坏机理简述

5.4试验分析冻融后钢筋与混凝土粘结性能的退化机理

5.4.1光圆钢筋

5.4.2螺纹钢筋

5.5冻融后钢筋与混凝土粘结性能退化机理的力学分析

5.5.1冻融循环作用对钢筋与混凝土界面化学胶着力破坏的细观力学分析

5.5.2冻融循环作用后钢筋与混凝土界面摩擦粘结破坏分析

5.5.3冻融循环作用后变形钢筋与混凝土粘结强度计算分析

5.6结论

6混凝土结构冻融损伤可靠度分析

6.1引言

6.2可靠度基础知识

6.2.1结构可靠度概念

6.2.2结构耐久性可靠度

6.3混凝土的冻融损伤可靠度分析

6.3.1冻融循环可靠度模型

6.3.2混凝土结构在冻融作用各阶段的失效概率

6.3.3混凝土的冻融损伤可靠度分析

6.4冻融循环作用后混凝土结构的剩余寿命预测

6.5小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

创新点摘要

参考文献

攻读博士学位期间参加科研项目、发表学术论文情况

致 谢