损伤演变对混凝土强度的影响

论文摘要

本研究工作获得了国家自然科学基金面上项目《混凝土结构使用全寿命分析研究》(50278038)的资助,为国家自然科学基金面上项目《基于检测与监测信号的混凝土损伤破坏判断》(No.50578068)的前期工作。在恶劣环境因素(如冻融、火灾等)作用下,混凝土材料的细观结构将发生变化,引起力学性能下降,导致混凝土结构的安全性降低。现有的混凝土强度理论研究主要依据材料的荷载试验结果而构筑,并没考虑材料细观结构改变所带来的影响,不适合于劣化混凝土的强度分析。关于劣化后混凝土强度的研究多是面向工程对象而进行的,即从不同的环境作用类型出发,采用不同的试验室环境模拟方法来研究混凝土的强度变化。其研究思路主要是将荷载试验强度结果与影响因素(温度、冻融循环次数以及应力比等)之间通过试验结果与影响因素之间的曲线关系图,仅仅按照曲线的特点或趋势提出某种函数关系式建立起直接的联系,然后依据荷载试验结果拟合得该函数关系式中的参数,并以此作为该状态下混凝土的强度。应该说这一种研究思路是从表象出发的,没有深入认识与发掘混凝土劣化演变的实质,所取得的一些研究成果具有其局限性。本文基于损伤力学,采用唯象学方法,藉引入内变量把内部细观结构的变化渗透到宏观变量予以表征,从而避免了传统的从材料学角度研究混凝土细观结构变化对劣化混凝土强度影响的难题。由此,在可测度空间选择具有明确力学意义,并且能代表混凝土内部结构变化的损伤变量,将其耦合入已有的混凝土强度理论,从而揭示混凝土材料在环境因素和荷载效应共同作用的混凝土强度演变规律。主要完成的工作有:1)阐述了混凝土损伤的测度空间问题。利用无损检测技术实现一般力学意义上的损伤变量及损伤演变方程在可测度空间的转换,由此可以在宏观可测度空间利用现代测试手段捕捉的机电信号上定义损伤变量以反映混凝土细观结构的变化。2)以损伤力学理论为研究工具,基于现有混凝土强度理论,采用现代检测技术的测试结果来进行参数拟合建立了劣化混凝的破坏面方程。它描述了混凝土破坏面随损伤的增加逐渐萎缩的规律。3)基于相同的思想,建立了劣化混凝土单轴压缩状态下的应力应变关系,它反映了损伤演变对混凝土一维应力应变关系的影响。4)确定了混凝土渐变破坏两阶段分界点——陡劣点。5)采用冻融作用作为引发混凝土损伤演变的试验手段,以此为切入点,研究劣化后混凝土破坏面的演变规律。并利用已有的冻融循环和高温下混凝土双轴/三轴试验结果与本文所得方程的计算结果进行了对比。本文以现代材料测试手段为基础,在对混凝土材料试验测试及理论分析的基础上,基于损伤力学的理论构筑损伤变量,对劣化混凝土的强度随损伤的演变规律展开了深入研究。研究成果不仅可以用于确定混凝土结构当前的承载能力状态,对实现在役混凝土结构状态的定量评估及残余寿命预测具有显著的理论及实际意义

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混凝土破坏准则研究
• 1.3 国内外对劣化混凝土力学性能的研究
• 1.4 本文研究内容
• 2 混凝土损伤及其演化
• 2.1 损伤力学的基本原理
• 2.2 混凝土材料的损伤现象和损伤机制
• 2.3 混凝土损伤模型
• 2.4 本章小结
• 3 混凝土损伤的测度
• 3.1 有关混凝土损伤的思考
• 3.2 混凝土损伤的测度
• 3.3 混凝土检测技术
• 3.4 基于测度空间定义损伤度
• 3.5 本章小结
• 4 混凝土破坏面随损伤的演变
• 4.1 混凝土破坏准则
• 4.2 混凝土统一强度理论
• 4.3 考虑损伤的混凝土破坏准则
• 4.4 损伤演变对混凝土单轴压缩应力应变关系的影响
• 4.5 混凝土耐久性劣化的两阶段分析及陡劣点的确定
• 4.6 劣化混凝土破坏准则应用实例
• 4.7 本章小结
• 5 混凝土损伤试验及测试分析
• 5.1 试验
• 5.2 试验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 6 损伤对混凝土破坏面影响规律的广泛验证
• 6.1 损伤演变对混凝土破坏面的影响
• 6.2 劣化混凝土破坏准则与试验资料的对比
• 6.3 损伤演变对混凝土应力应变关系的影响
• 6.4 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间参与课题及发表的学术论文