引气混凝土冻融循环后多轴强度的试验研究

摘要

抗冻性是衡量混凝土材料耐久性的重要指标。国内外关于抗冻性方面的试验研究，大多数是针对相对动弹模、质量损失以及单轴力学性能展开的，而实际工程中的混凝土建筑物，绝大多数均处于复杂应力状态。本文结合国家自然科学基金《冻融条件下混凝土的多轴强度和破坏准则》(50479059)，对不引气普通混凝土和引气混凝土分别进行了不同冻融循环次数作用，然后对冻融循环前后的普通混凝土进行了单轴及双轴变形和强度试验研究，对冻融循环前后的引气混凝土进行了单轴与多轴强度试验研究及理论分析。具体工作如下： (1)对不同冻融循环次数作用后的普通混凝土与引气混凝土的表面形态进行观察、分析，并对其进行了电镜扫描，观察了其微观形态。 (2)对不同水灰比的普通混凝土试件进行了不同冻融循环次数作用后的动弹性模量、质量损失、单轴压、单轴拉、抗折强度、劈拉强度及超声波速度的测试，系统讨论了冻融循环次数对普通混凝土力学性能的影响规律，分析了质量损失以及强度变化与动弹性模量变化之间的关系，给出了不同冻融循环次数作用后，普通混凝土的单轴压、单轴拉应力 - 应变曲线。 (3) 对不同设计强度等级的引气凝土试件进行了常态和冻融循环作用后的单轴立方体抗压、轴心抗压强度试验，观察了试件破坏形态，分析了引气混凝土强度降低幅度与冻融循环次数的关系，对 C30 引气混凝土还进行了单轴拉、劈拉、动弹性模量、质量损失以及超声波速度变化的测试。 (4)对不同水灰比的普通混凝土试件进行了常态和冻融循环作用后的双轴压试验研究，观察了试件的破坏形态，给出了不同冻融循环次数后普通混凝土双轴压应力状态的强度包络线；分析了双轴压强度、峰值应变与冻融循环次数以及应力比的关系，在主应力空间建立了冻融循环作用后普通混凝土的双轴压破坏准则，并给出了同时考虑应力比及冻融循环次数影响的破坏准则；给出了不同冻融循环次数作用后普通混凝土的双轴压应力一应变曲线；同时建立了不同冻融循环次数作用下基于损伤理论并考虑应力比影响的双轴压本构模型。 (5)对经过不同冻融循环次数作用后的C30引气混凝土试件进行了双轴压、双轴拉-压荷载作用下的强度试验研究，根据试验结果分析了极限抗压、抗拉强度随冻融循环次数和应力比的变化规律。在主应力空间，建立了不同冻融循环次数作用后考虑应力比影响的双轴破坏准则；对于双轴压，建立了同时考虑应力比及冻融循环次数影响的破坏准则，对于双轴拉-压，建立了八面体应力空间的破坏准则。 (6)对不同强度等级的引气混凝土试件进行了常态定侧压作用下的试验研究，分析了侧压应力对强度的影响，建立了极限抗压强度与侧压应力比之间的关系式；并对 C30引气混凝土进行了冻融循环作用，随后对其进行了定侧压作用下的试验研究，分析了侧压应力及冻融循环次数对强度的影响，建立了同时考虑侧压应力及冻融循环次数影响的破坏准则。 (7) 对设计强度等级为C30的引气混凝土试件进行了常态和冻融循环作用后的三轴拉-压-压及三轴压-压-压试验研究，观察了试件破坏形态；分析了中间应力及冻融循环次数对引气混凝土三轴拉-压-压及三轴压-压-压强度的影响，在主应力空间建立了三轴拉-压-压荷载作用下的破坏准则；测得了三轴压-压-压作用下引气混凝土的应力-应变曲线，并对其进行了分析。根据试验结果建立了不同冻融循环次数作用后引气混凝土的 Hsieh-Ting-Chen 四参数破坏模型。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1前言

1.2国内外对冻融循环后混凝土的研究概况

1.2.1混凝土冻融破坏的机理分析

1.2.2冻融循环试验方法简介

1.2.3影响混凝土抗冻性的因素

1.2.4冻融循环后普通混凝土性能的研究概况

1.2.5冻融循环后引气混凝土性能的研究概况

1.3国内外混凝土多轴强度的研究概况

1.3.1双轴压状态下混凝土的研究概况

1.3.2 双轴拉-压状态下混凝土的研究概况

1.3.3三轴状态下混凝土的研究概况

1.4本文的主要工作

2试验概况

2.1试验设计

2.1.1试件尺寸设计

2.1.2试验应力比

2.2试件制作

2.2.1材料选用

2.2.2混凝土的配合比

2.2.3试件制作与养护

2.3试验设备

2.3.1直读式含气量测定仪

2.3.2混凝土快速冻融试验设备

2.3.3动弹性模量测试仪

2.3.4超声波测试仪

2.3.5电液伺服压力试验机

2.3.6多功能三轴试验系统

2.4冻融循环试验方法

3普通混凝土冻融循环后的单轴试验研究

3.1引言

3.2试验现象与破坏形态

3.3试验结果与分析

3.3.1相对动弹模、质量损失

3.3.2强度性能

3.3.3超声波检测

3.3.4强度变化与冻融循环次数的关系

3.3.5动弹模损失与强度损失的关系

3.4变形性能

3.4.1应力-应变关系曲线

3.4.2基于损伤理论的单轴压本构模型

3.5结论

4引气混凝土冻融循环后的单轴试验研究

4.1引言

4.2试验现象与破坏形态

4.3试验结果与分析

4.3.1相对动弹模、质量损失

4.3.2强度性能

4.3.3冻融循环对普通、引气混凝土的影响

4.3.4超声波检测

4.4本章结论

5不同水灰比混凝土冻融循环后双轴压试验研究

5.1前言

5.2试验设计

5.3试件破坏形态

5.4强度试验结果

5.4.1应力比对强度的影响

5.4.2冻融循环次数对强度的影响

5.4.3主应力空间的破坏准则

5.4.4同时考虑应力比及冻融循环次数影响的破坏准则

5.5变形性能

5.5.1冻融循环次数对应变的影响

5.5.2应力比对应变的影响

5.5.3应变空间的破坏准则

5.6弹性模量

5.6.1冻融循环次数对弹性模量的影响

5.6.2应力比对弹性模量的影响

5.7应力-应变关系曲线

5.8基于损伤理论的双轴压本构模型

5.9结论

6引气混凝土冻融循环后双轴试验研究

6.1引言

6.2试验设计

6.3试件破坏形态

6.4双轴压试验结果及分析

6.4.1冻融循环次数对双轴压强度的影响规律

6.4.2应力比对双轴压强度的影响规律

6.4.3极限抗压强度与冻融循环次数的关系

6.5双轴拉-压试验结果及分析

6.5.1冻融循环次数对双轴拉-压强度的影响规律

6.5.2应力比对双轴拉-压强度的影响规律

6.6双轴破坏准则

6.6.1主应力空间的破坏准则

6.6.2同时考虑应力比及冻融循环次数影响的双轴压破坏准则

6.6.3考虑冻融循环次数影响的八面体应力空间破坏准则

6.7结论

7引气混凝土冻融循环后定侧压试验研究

7.1前言

7.2试验设计及试验过程

7.3试件破坏形态

7.4不同强度等级混凝土的试验结果及分析

7.4.1侧压应力对定侧压强度的影响

7.4.2定侧压强度与侧压应力的关系

7.5引气混凝土冻融循环后定侧压试验结果及分析

7.5.1侧压应力对定侧压强度的影响

7.5.2冻融循环次数对定侧压强度的影响

7.5.3破坏准则

7.6结论

8引气混凝土冻融循环后三轴拉-压-压、三轴压-压-压试验研究

8.1前言

8.2试件破坏形态

8.2.1三轴拉-压-压破坏形态

8.2.2三轴压-压-压破坏形态

8.3三轴拉-压-压试验结果及分析

8.3.1冻融循环次数对三轴拉-压-压强度的影响

8.3.2应力比对三轴拉-压-压强度的影响

8.3.3主应力空间的破坏准则

8.4三轴压-压-压试验结果及分析

8.4.1冻融循环次数对峰值应力的影响

8.4.2中间应力对峰值应力的影响

8.4.3最小侧应力对峰值应力的影响

8.4.4八面体应力空间的破坏准则

8.4.5三轴压应力-应变关系曲线

8.5四参数破坏模型

8.5.1破坏包络面的形状及其表达

8.5.2四参数破坏模型

8.6结论

第九章结论与展望

9.1本文结论

9.2展望

创新点摘要

参考文献

攻读博士学位期间发表学术论文情况

致 谢