持续荷载作用下疲劳损伤混凝土梁的变形性能分析

为明确往复荷载和持载作用下混凝土梁变形的发展规律,本文通过弯曲疲劳加载引入疲劳损伤后采用堆载法对4根梁进行堆载徐变试验,研究疲劳损伤对梁受压区混凝土的徐变发展规律和持续荷载作用下梁变形性能的影响。研究结果表明:相较于无损梁,疲劳损伤梁受拉区混凝土最大裂缝宽度、受压区混凝土总应变和总挠度更大,且在堆载作用下的发展速率更快,随着疲劳损伤程度的增大,各指标也有增大的趋势;疲劳作用促进了混凝土微裂缝的产生和发展,提前并加速了梁徐变变形的发展,导致前期疲劳加载就已产生了部分徐变应变和徐变挠度;基于试验结果建立了疲劳损伤梁受压区混凝土总徐变应变和梁徐变挠度计算模型,发现疲劳循环寿命比为0.025、0.15和0.60时的疲劳残余挠度分别相当于无损梁128、800和1180 d的徐变挠度。

持续荷载作用对GFRP筋-海工混凝土黏结性能的影响

为研究持续荷载作用下GFRP筋与海工混凝土间的黏结性能,设计制作了16个GFRP筋-海工混凝土梁式黏结性能试件,在不同持续荷载等级(0%P_(u),25%P_(u),45%P_(u),65%P_(u))作用下进行了为期120 d的持载试验。对持载过程中GFRP筋-海工混凝土间的瞬时滑移及时变滑移进行了测试分析,并建立不同持载等级作用下的GFRP筋-海工混凝土间时变滑移模型;对比分析了持续荷载作用下GFRP筋与混凝土和普通钢筋与混凝土间的滑移量大小及变化规律。试验结果表明:瞬时滑移量随着持载等级的提高而增大,加载端滑移量大于自由端滑移量;时变滑移量随时间呈非线性增长,前期增长较快,后期滑移量逐渐趋于稳定;两种筋材与混凝土间的时变滑移变化规律相似,但GFRP筋与混凝土间的滑移量要远大于普通钢筋与混凝土间的滑移量。

持续荷载作用下砂浆裂缝的自修复性能及其评价指标

以高吸水树脂为自修复剂,以表面裂缝愈合率(γ)和强度恢复率(η)为砂浆裂缝自修复性能的评价指标,对比研究了预裂龄期为7 d和28 d时,不同持续荷载作用对砂浆裂缝自修复性能的影响。结果表明:相较预裂龄期为28 d的砂浆组,预裂龄期为7 d的砂浆组自修复效果较好;持续压荷载下,砂浆裂缝的自修复效果较好,其η比不受荷载作用的试件分别增大3.2%(7 d预裂龄期)和9.3%(28 d预裂龄期);持续弯曲荷载和持续扭荷载作用不利于砂浆的自修复,其中持续弯曲荷载的不利影响较为显著,持续弯曲荷载作用下,其η比不受荷载作用的试件分别低43.5%(7 d预裂龄期)和47.3%(28 d预裂龄期)。微观测试表明,砂浆裂缝中的自修复产物主要是碳酸钙,且主要集中在裂缝开口位置附近,因此采用γ作为自修复评价指标有可能高估自修复效果。

裂隙与持续荷载影响下砂浆锚杆腐蚀退化的试验研究

锚杆是岩土工程中应用最广泛的锚固结构之一。锚杆腐蚀严重影响锚固结构的长期使用性能,导致锚固工程过早失效破坏。砂浆锚杆的腐蚀退化机理尚不完全清楚,特别是考虑到岩体的天然裂隙和锚杆所受到的持续荷载作用。本文考虑天然裂隙和持续荷载,开展了锚杆腐蚀退化综合试验研究。对不同位置裂隙的混凝土-砂浆-锚杆试件进行了腐蚀试验。采用可施加持续应力装置对锚杆施加连续的轴向载荷,并采用电化学方法加速锚杆腐蚀。通过对不同腐蚀时间的锚杆进行拔出试验,得到了腐蚀试件的黏结滑移关系。进一步讨论了天然裂隙和连续荷载对锚杆腐蚀特性、腐蚀机理和黏结性能退化的影响。结果表明,锚杆腐蚀显著降低了砂浆锚杆的黏结强度和临界滑移长度。腐蚀程度为3.45%~4.98%的锚杆黏结强度较腐蚀前下降39.5%~65.8%。锚杆在天然裂隙附近更容易发生局部腐蚀。天然断裂越靠近加载端,腐蚀引起的黏结强度退化越严重。轴向载荷越大,腐蚀退化越明显。本研究解释了砂浆锚杆在裂隙岩体中的腐蚀退化机制,为锚杆支护耐久性设计提供了参考。

长期持续荷载对素混凝土氯离子渗透性的影响

荷载作用下混凝土氯离子渗透性是一个新课题,本文利用自行设计的加载装置,对掺不同掺合料的素混凝土,在不同荷载水平作用下的氯离子渗透性进行了研究,考察了渗透深度与时间、荷载水平、时间的平方根以及标态化氯离子渗透深度与荷载水平的关系,并首次提出了渗透深度与荷载水平的关系模型。所得结论对处于氯离子侵蚀环境下混凝土耐久性研究和混凝土耐久性设计具有重要意义。

持续荷载作用对粉煤灰混凝土冻融性能的影响

在不施加和施加持续荷载条件下,进行不掺和掺20%,40%粉煤灰的混凝土冻融试验,研究持续荷载作用对粉煤灰混凝土抗冻性能的影响。试验结果表明:与不施加持续荷载试件对比,施加持续荷载作用后粉煤灰混凝土的抗冻性能降低;粉煤灰掺量存在一临界值,对于C40混凝土,该临界值在20%～40%之间,低于该临界值,粉煤灰混凝土的抗冻性能随着粉煤灰掺量的增大而提高,超过该临界值,粉煤灰混凝土的抗冻性能随着粉煤灰掺量的增大而降低,且持续荷载作用会使该临界值变小;混凝土的抗冻性能存在陡劣点,持续荷载作用会使该陡劣点提前出现。根据试验结果,以陡劣点为阶段分界点,采用回归方法给出能够考虑粉煤灰掺量的混凝土冻融损伤两阶段模型。

持续荷载下CFRP-混凝土界面黏结性能试验与分析

为研究持续荷载对CFRP(碳纤维增强复合材料)-混凝土界面粘结性能的影响,首先通过3组双面剪切试件确定了界面极限剥离荷载P_u,然后进行了4种荷载水平下持载时间分别为5、10、15、30、60、90 d共24组双剪试验.结果表明:经过持续荷载作用,与界面峰值剪应力τ_(max)相应的界面滑移s0有所减小,减小幅度与荷载持续时间和荷载大小无明显相关,荷载作用90 d后,s0降低50%左右;当持续荷载大于0.5Pu时,靠近加载端15 mm范围内的界面峰值剪应力τ_(max)随荷载大小和持载时间的增加而降低,此范围以外τ_(max)未发生明显改变,基于试验数据,给出了持续荷载作用下界面的粘结滑移本构模型,对试件的破坏试验表明,在粘结长度大于有效粘结长度时,持续荷载的作用对界面的极限剥离荷载没有明显影响,但会降低剥离过程中界面首次出现剥离的荷载P_(db),在0.5P_u、0.7P_u、0.9P_u持续作用90 d后,P_(db)分别降低了42%、54%、66%.

持续荷载与氯盐作用下钢筋混凝土梁力学性能试验

针对已有的研究以小尺度的试块实验而未能反映实际混凝土结构在荷载与氯盐耦合作用效应,自行设计大尺度钢筋混凝土梁的持续荷载施加装置,采用"电渗-恒电流-干湿循环"的方法对钢筋混凝土梁进行持续荷载作用下的加速锈蚀实验,并对试验后的混凝土梁的力学性能进行研究;同时,采用RCT方法研究试验梁混凝土保护层厚度范围内的氯离子分布规律,采用半电池电位法及称重法相结合来评价试验梁内纵向受拉钢筋锈蚀程度.结果表明:氯盐与持续荷载耦合作用下,随着持续荷载水平的提高,保护层厚度范围内的氯离子质量分数会增大,会在钢筋附近出现聚集现象;同时,也使纵向钢筋的锈蚀率增大,钢筋截面的锈蚀不均匀程度明显;导致混凝土梁的极限荷载减小,延性降低,截面曲率延性增高.

持续荷载下混凝土的氯离子扩散性能研究

基于实际海洋环境暴露条件,研究了力学荷载作用下混凝土中的氯离子扩散性能。以Fick第二定律理论为基础,用误差函数对混凝土中随深度变化的氯离子含量分布进行了曲线拟合,从而得到氯离子表观扩散系数,并以此表征氯离子在混凝土中的传输性。分析了氯离子的扩散系数与原材料、配合比、暴露环境以及力学荷载间的关系。结果表明,力学荷载对海洋环境下混凝土中的氯离子传输性能有显著影响,在利用氯离子扩散模型预测暴露海洋环境下混凝土结构的使用寿命时,需要考虑荷载因素的影响。

持续荷载下混凝土抗压强度的时效模型

从现有混凝土棱柱体单调加载的应力—应变全曲线和混凝土徐变计算模型出发,综合考虑持续荷载下混凝土抗压强度的徐变衰减效应和龄期增强效应,构建混凝土抗压时效强度的估算模型并编制了相应的计算机程序。通过对C20、C30和C40混凝土在持续荷载下多个性能指标及其变化规律进行计算分析,并与以往试验观察数据和有限元数值分析结果进行比较,验证了模型的合理性和实用性。

混凝土在持续荷载下的强度

通过比较混凝土在持续荷载的损伤与疲劳损伤的联系,假定在持续荷载下混凝土的损伤速率和应变增长速率成正比;分析了混凝土在持续荷载下的变形行为和损伤机理,及混凝土在不同荷载历史情况下的破坏边界面;建立了荷载水平和临界损伤应变之间的关系;研究了不同荷载水平下混凝土的真实强度以及不同强度混凝土在持续荷载下的性能。与试验结果对比,建立的模型可以较好地反映混凝土在持续荷载下的性能。

长期持续荷载下废弃纤维再生混凝土徐变破坏规律研究

采用NM-4A非金属超声检测仪测定技术研究了不同设计变量下废弃纤维再生混凝土在长期荷载下的徐变损伤规律。通过测定穿过混凝土的超声波速,计算出损伤变量,从而求出弹性模量,直观对比出不同设计变量下废弃纤维再生混凝土在长期高荷载作用下的损伤情况。结果表明:在长期持续荷载作用下,损伤变量会随着再生骨料取代率的增大而增大,添加废弃纤维可以增强混凝土承受损伤的能力。

预应力混凝土双压花锚具性能受持续荷载影响的试验

通过对用于预应力混凝土的一种新型双压花锚具足尺寸试件的试验,研究这种锚具在持续荷载下的变形特点、不同持荷应力水平的影响以及锚具受持续荷载后的承载力等问题,并给出持续荷载阶段锚具变形计算的建议公式。

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。

持续荷载和氯离子侵蚀耦合作用后钢筋混凝土的粘结性能试验

针对沿海地区的钢筋混凝土结构在服役过程中所承受的持续荷载与氯离子侵蚀的耦合作用引起钢筋混凝土性能的劣化,会对钢筋混凝土间的粘结性能产生影响,设计制作了24根粘结区带裂缝的钢筋混凝土梁式试件,通过粘结性能试验,研究在持续荷载单独作用、氯离子侵蚀单独作用以及持续荷载与氯离子侵蚀耦合作用等3种工况下,持续120d的钢筋混凝土粘结强度变化情况.试验结果表明:持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用显著降低了钢筋与混凝土的粘结强度,且持续荷载越大,粘结强度越低;在持续荷载和氯离子侵蚀的耦合作用下,试件粘结强度的损失要大于仅在单因素单独作用下粘结强度的损失.

混凝土在长期持续荷载下的损伤分析

本文研究了混凝土在长期持续荷载下的徐变和损伤行为。通过比较混凝土在持续荷载的损伤与疲劳损伤的联系,假定持续荷载下混凝土的损伤速率和名义应力强度因子速率成正比,通过滑移裂纹模型考虑了混凝土裂纹扩展演化直至破坏的过程,分析了混凝土在持续荷载下的徐变变形行为和徐变破坏机理,在此基础上研究了不同持续荷载水平下混凝土的强度和变形行为,并分析讨论了加载龄期,强度对混凝土在持续荷载下的性能的影响。与试验结果对比表明,本文的模型可以较好地反映混凝土在持续荷载下的性能。

SHCC修复既有混凝土梁在持续荷载作用下的裂缝试验研究

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)在拉伸荷载作用下,具有应变硬化和多微缝开裂的特性,其极限拉应变可达到3%以上。通过5根SHCC修复梁和1根未修复的对比梁,对SHCC修复既有混凝土梁在四点弯曲持续荷载作用下裂缝的发展情况进行了试验研究。主要考察了修复层厚度、黏结面粗糙度、SHCC龄期等因素对修复梁的裂缝间距、裂缝宽度的影响规律和作用机理。对比分析了试验梁在持续荷载作用下裂缝的出现、发展与分布规律。试验结果表明,与对比梁相比,修复梁的裂缝条数增多、间距减小;最大裂缝宽度与平均裂缝宽度均减小,且最大裂缝宽度扩大系数有所降低;SHCC层呈现出多裂缝开裂形态,平均裂缝宽度可控制在100μm左右。说明SHCC对于提高修复构件的耐久性极为有利,是一种有效的修复材料。试验结果可为实际工程提供理论依据和指导。

高持续荷载下混凝土徐变和损伤耦合机理

为研究混凝土在高持续荷载作用下徐变和损伤的耦合机理。采用加卸载、碱骨料及高温烘烤获得了带不同初始损伤的混凝土,并开展了损伤混凝土在不同应力水平高持续荷载下的徐变试验,分析了混凝土徐变变形和损伤随持荷时间的变化规律,研究了单调加载和持续荷载下材料内部损伤演化和应变能累积的关系。结果表明:混凝土在长期荷载作用下损伤随徐变应变增加而增大,在损伤稳定发展阶段徐变应变与损伤基本呈线性关系。混凝土在不同荷载形式下应变能和损伤的演化关系相同,可以通过混凝土单轴损伤-应变能关系来表征高持续荷载下徐变和损伤的耦合关系。研究成果可以为长期荷载下混凝土结构分析提供参考。

持续荷载作用下锈蚀钢筋横截面积概率分布模型

通过指标Rf建立锈蚀钢筋横截面积概率分布模型,以量化评估持续荷载作用下钢筋纵向锈蚀的不均匀程度。Rf为锈后钢筋横截面积均值与单元长度内最小横截面积的比值。通过使用三维激光扫描技术,获取锈蚀钢筋每毫米的横截面面积。概率统计结果发现:Rf服从Gumbel分布;Rf分布参数随着荷载的增加而增加,表明荷载的增加会增强钢筋锈蚀的不均匀性;同一荷载工况下材料种类主要影响尺度参数,掺加矿粉可以减弱钢筋锈蚀的不均匀性。

持续荷载和环境耦合作用下钢筋混凝土抗氯盐侵蚀试验研究

沿海混凝土结构长期处于持续荷载和侵蚀环境的耦合作用中。试验设计可持续施加拉/压应力的加载装置,对13根混凝土梁施加不同等级的荷载;同时对受力状态下的混凝土梁进行模拟海水干湿循环的侵蚀。通过试验,研究不同等级荷载和氯盐侵蚀耦合作用下混凝土梁抗氯盐侵蚀性能的变化规律。试验结果表明:(1)通过在梁的受压、受拉侵蚀面浇筑水池,以取水注水的方式来模拟干湿循环可以有效防止盐水对持荷装置的侵蚀,可使试验梁受力更稳定;(2)以施加荷载的大小占极限荷载的比例记做荷载水平λ。当λ=0.3时,受拉区混凝土开裂,各条裂缝最大宽度为0.04 mm,此时裂缝处氯离子浓度与不受力无裂缝混凝土内部氯离子浓度相近;当裂缝最大宽度为0.08 mm时,同深度处氯离子浓度较小幅度增加,影响氯离子传输速率的临界荷载裂缝宽度为0.04 mm。随着λ的增加,受拉区各位置氯离子浓度呈非线性增大,且距离裂缝越近,同深度处氯离子浓度越大;(3)λ<0.45时,混凝土梁受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而减小,当λ>0.45时,受压区氯离子浓度随着荷载水平的增大而增大;在压应力作用下,影响氯离子传输速率的临界λ=0.45。研究表明,荷载和氯盐侵蚀耦合作用对钢筋混凝土结构耐久性能具有巨大的危害,尤其是荷载裂缝处的氯盐侵蚀,实际工程中应采取相关措施加以防范。