高温混凝土力学性能试验研究

论文摘要

本文主要对高温后混凝土进行了试验研究，探讨高低温冻融循环，高温、时间耦合，高温循环作用下混凝土力学性能的劣化规律与机理，并建立了高温后混凝土轴压随机损伤本构模型。基于轴压随机损伤本构模型，本文探究了不同程度高温损伤后混凝土柱，轴压作用下失效概率的变化规律。火灾高温作用下建筑物往往因为承重材料失效破坏而坍塌，从而导致人员的伤亡和经济的损失。混凝土作为现阶段最主要的承重材料，因此研究混凝土高温作用下力学性能劣化规律和机理尤显重要。而混凝土工作环境复杂，高温往往耦合其他多种劣化因素同时作用于结构。因此，本文主要对高温后混凝土的以下几个方面展开研究：（1）既有建筑中混凝土往往带裂纹工作，因此本文探究了大温差地区含宏观裂纹混凝土高低温冻融循环作用下劣化规律与机理。试验结果表明，混凝土力学性能随高低温冻融循环次数增多而降低；宏观裂纹促进了混凝土高低温冻融损伤，裂纹条数越多，混凝土高低温冻融循环对混凝土劣化作用越大。（2）本文对经历不同温度、不同恒温时间后混凝土的力学性能进行了试验研究，分析了不同温度、不同恒温时间对混凝土的抗压强度、弹性模量和应力-应变关系等力学性能的影响，探讨了高温后混凝土抗压强度、弹性模量和应力-应变关系随温度和恒温时间的变化规律。（3）冶金厂房、烟囱、火力发电厂等特殊建筑、设备中，混凝土往往承受长期的高温循环作用，因此本文探究不同高温、不同循环次数对混凝土力学性能的劣化作用。（4）高温后混凝土内产生大量随机分布的温度裂纹，且混凝土为先天性的多相复合材料，不可避免地造成混凝土力学性能具有随机性。本文以串并联剪切单元模型模拟混凝土细观物理结构，以Weibull分布描述微单元破坏规律，建立了适用于高温后混凝土的随机损伤本构模型；并通过试验数据拟合了Weibull统计参数，从而验证了本文推导本构模型的适用性。（5）工程结构构件由于施工及使用过程中，其自身及外加因素的影响。作用于结构上的荷载，构件的制作尺寸、材料性能等均存在一定的不确定性。因此，本文引入随机损伤本构模型，探究了混凝土构件尺寸、荷载的统计规律，对轴压作用下高温损伤后混凝土柱的失效概率展开分析。本文依据试验研究成果，总结了高低温冻融循环作用、不同温度不同恒温时间及不同温度不同循环次数下混凝土的劣化规律。建立了适用于高温后混凝土的轴压随机损伤本构模型，并应用于高温后结构构件的失效概率分析。本文高温后混凝土力学性能的研究对火灾建筑，灾后建筑鉴定、评估具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 研究意义
• §1.3 国内外研究现状
• §1.3.1 高温混凝土力学性能研究现状
• §1.3.2 混凝土本构理论研究现状
• §1.4 本文研究内容
• 第二章 含宏观裂纹混凝土高低温冻融下力学性能试验研究
• §2.1 引言
• §2.2 试验概况
• §2.2.1 试样制作
• §2.2.2 试验设备及过程
• §2.2.3 轴压破坏试验
• §2.3 试验结果与分析
• §2.3.1 试验现象及机理分析
• §2.3.2 应力-应变曲线与裂纹条数及高低温循环次数的关系
• §2.3.3 抗压强度与裂纹条数及高低温循环次数的关系
• §2.3.4 弹性模量与裂纹条数及高低温循环次数的关系
• §2.4 混凝土损伤度计算
• §2.5 本章小结
• 第三章 混凝土力学性能与温度、时间的关系
• §3.1 引言
• §3.2 高温后混凝土力学性能试验
• §3.2.1 试件制作
• §3.2.2 试验设备
• §3.2.3 试验步骤与内容
• §3.2.4 试验现象
• §3.3 试验数据分析
• §3.3.1 抗压强度与温度、时间的关系
• §3.3.2 弹性模量与温度、时间的关系
• §3.3.3 应力-应变曲线与温度、时间的关系
• §3.3.4 峰值应变与温度、时间的关系
• §3.4 本章小结
• 第四章 高温循环作用下混凝土力学性能试验研究
• §4.1 引言
• §4.2 试验概况
• §4.2.1 试样制作
• §4.2.2 混凝土高温循环试验
• §4.2.3 单轴抗压试验
• §4.3 试验结果分析
• §4.3.1 峰值应力与加热温度、循环次数的关系
• §4.3.2 峰值应变的变化规律
• §4.3.3 弹性模量的变化规律
• §4.3.4 应力-应变曲线与温度、循环次数的关系
• §4.4 本章小结
• 第五章 高温后混凝土随机损伤本构模型
• §5.1 高温后混凝土轴压随机损伤本构模型推导
• §5.1.1 高温后混凝土物理模型
• §5.1.2 高温后混凝土轴压本构方程的建立
• §5.1.3 高温后混凝土受压细观力学分析
• §5.2 模型参数的确定及试验验证
• §5.3 本章小结
• 第六章 基于 Monte-Carlo 随机有限元法的高温后混凝土受压构件失效概率分析
• §6.1 Monte-Carlo 随机有限元法简介
• §6.2 ANSYS 概率设计系统（PDS）简介
• §6.3 基于 ANSYS 概率设计系统对混凝土轴压柱失效概率分析
• §6.3.1 结构输入变量的概率模型和参数确定
• §6.3.2 结构分析模型的建立
• §6.3.3 轴压柱失效概率分析
• §6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• §7.1 总结
• §7.2 展望
• 参考文献
• 在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果
• 致谢