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冻融后混凝土力学性能及钢筋混凝土粘结性能的研究

冀晓东

   处于寒冷地区的钢筋混凝土结构物常常发生冻融破坏,抗冻性能是钢筋混凝土耐久性能中非常重要的方面。冻融循环作用后,混凝土的抗冻性能和力学性能发生退化,钢筋与混凝土的粘结性能也遭到破坏,研究冻融循环作用后混凝土的力学性能和钢筋混凝土的粘结性能具有十分重要的工程意义。本文通过试验研究和理论分析,主要完成了以下工作: 1、试验研究了尺寸为100×100×100mm的混凝土小试件冻融后的单双轴力学性能和抗冻性能,并试验研究了尺寸为150×150×150mm的混凝土标准试件冻融后的单轴力学性能。分别建立了两种混凝土试件的各力学指标与冻融循环作用次数的关系公式,并建立了冻融后混凝土小试件与标准尺寸混凝土试件的强度转换计算公式。通过双轴强度试验数据分析,研究了冻融循环作用对混凝土双轴压作用下强度和变形的影响。采用统一的应力-应变方程形式来表示混凝土遭受冻融循环作用后的本构关系。 2、基于各向同性连续损伤力学理论,以损伤条件下的弹性模量和泊松比为变量,基于Ottosen理论模型建立了混凝土冻融损伤破坏准则,并以Ottosen本构理论模型为基础,利用建立的冻融损伤破坏准则构建了混凝土冻融损伤本构模型,并编制了本构模型有限元程序,为有限元计算应用提供参考。 3、试验研究了冻融循环作用后两种外形、三种直径、三种粘结长度的钢筋与混凝土的粘结性能,分析了冻融循环对钢筋粘结性能的影响,并分析了设定冻融循环次数作用后钢筋外形、钢筋直径、钢筋粘结长度和混凝土强度对钢筋与混凝土粘结锚固性能的影响。 4、把钢筋混凝土粘结滑移曲线分为四个阶段,分别对光圆钢筋和不同直径、不同粘结长度的螺纹钢筋的粘结滑移曲线随着冻融循环作用次数的增加而变化作了较详细的分析,从试验角度分析了冻融后钢筋和混凝土粘结性能的退化机理。基于细观力学模型建立了冻融后钢筋混凝土界面层受冻时的静水压力理论计算公式,从细观力学角度分析了冻融后光圆钢筋粘结性能迅速退化的机理。通过钢筋与混凝土界面层的粘结-摩擦力学模型分析,揭示了光圆钢筋与混凝土粘结试件在冻融循环作用后,粘结强度迅速下降的本质原因,并解释了光圆钢筋粘结滑移曲线的不同阶段随着冻融循环作用次数增加而变化的机理。通过弹塑性厚壁圆筒理论计算模型,建立了钢筋粘结强度理论计算公式,并通过与试验得到的粘结强度相比较,从理论上揭示了在试验中发生的螺纹钢筋粘结试件在遭受一定冻融循环次数作用后,拔出破坏形态发生变化的机理。 5、基于三参数weibull分布,在理论分析的基础上建立了混凝土结构冻融损伤可靠度分析模型,认为混凝土结构遭受冻融循环作用的正负峰值温度差是随机变化的,把混凝土结构冻融损伤近似看作不同正负峰值温度差顺序作用损伤累积的结果,利用等效损伤原理,推导了计算混凝土冻融损伤失效概率计算公式。得出了混凝土结构冻融损伤剩余寿命的计算公式,并结合混凝土冻融的定量化分析,得出了在遭受一定的冻融损伤后混凝土结构的剩余工作年限。……   
[关键词]:混凝土;力学性能;冻融循环;钢筋;粘结性能
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连理工大学2007年