考虑混凝土细观非均质性的钢筋混凝土结构疲劳寿命预测概率模型

本工作考虑混凝土细观非均质性,将混凝土视为由粗骨料、砂浆基质和界面过渡区组成的三相复合材料,建立了疲劳损伤混凝土中氯离子扩散的三维细观数值分析模型。研究表明,随着疲劳荷载水平、水灰比、温度的升高以及暴露时间的延长,混凝土内氯离子浓度显著增加,但同一深度处氯离子浓度不尽相同。根据K-S检验,在5%显著性水平上,混凝土内某一深度的氯离子浓度遵循混合正态分布。据此提出了结构疲劳寿命预测概率模型,发现结构失效概率随疲劳寿命的延长而增大,且疲劳应力水平、水灰比、温度的降低以及暴露时间的减少均可使结构失效概率降低,结构在服役期间承受的疲劳应力水平不宜超过0.4(失效概率10%和200万次疲劳寿命)。此外,基于上述模型,对我国四个沿海城市混凝土结构的疲劳寿命进行了预测,并提出了相应的耐久性建议。

考虑分层填充的非均质堆石混凝土温度研究

为了研究堆石混凝土早龄期温度的非均匀时空分布特征,本文开发了考虑自密实混凝土分层填充和离散堆石颗粒体的非均质材料温度仿真方法,并结合石坝河水库的原型监测试验开展温度变化规律研究。结果发现,初始状态浇筑填充期的非均匀入仓温度,几个小时内即可完成混合均匀过程;早龄期第二阶段为堆石体与自密实混凝土的共同温升过程,约2~3天时间,而堆石辅助吸热的温升幅度与速率低于自密实混凝土的;之后堆石混凝土整体温度趋向均匀稳定,并缓慢下降。浇筑仓不同区域的堆石率略有差异,堆石率越高的地方平均温度越低;靠近钢模板的上游防渗层与下游三角区域几乎无堆石,夏季施工时温度峰值及温度梯度较高,要引起工程重视;上仓混凝土浇筑对下层仓浅表层的“二次温升”影响约6℃,深度1.0 m以下的区域影响很小;若仓面浇筑期短,采用均质堆石混凝土模拟施工期温度是高效的替代方案,但要合理选择等效入仓温度和等效绝热温升值。

基于改进随机骨料模型的混凝土细观断裂模拟

为了更好地研究混凝土的力学性能和破坏机理,该文在已有细观力学模型的基础上,发展了高效的骨料投放方法及单元筛分准则。基于连续介质力学的方法,采用弹性损伤本构关系描述混凝土细观各相材料力学行为,建立了随机骨料数值模型及相应的细观单元参数选取方法。以多组不同骨料分布的Petersson三点弯曲梁为例,分析和探讨了混凝土的破坏机理。结果表明,该数值模型能较好地模拟混凝土I型断裂拉伸破坏全过程,与试验结果表现出良好的一致性。