隨著混凝土結(jié)構(gòu)服役年限的增加,混凝土材料耐久性問題日益嚴重。特別是對于我國北方部分寒冷地區(qū),混凝土材料的凍融損傷更是影響結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素。本文以混凝土材料抗凍耐久性為研究背景,以探究混凝土凍融損傷演化規(guī)律為目的,開展凍融循環(huán)作用下混凝土材料本構(gòu)模型的研究,主要研究內(nèi)容如下:1、根據(jù)混凝土材料的基本受力特征,研究基于Lee-Fenvas屈服準則的混凝土彈塑性損傷本構(gòu)模型,建立屈服準則的內(nèi)聚力函數(shù)修正方法,利用有限元軟件ABAQUS平臺,編制UMAT材料子程序并進行數(shù)值計算,通過與參考試驗結(jié)果對比分析驗證本構(gòu)模型的有效性,同時建立修正參數(shù)的取值方法。2、通過對混凝土凍融參考試驗的實測結(jié)果統(tǒng)計分析,研究凍融循環(huán)作用下混凝土材料力學性能劣化模型,建立混凝土材料在凍融循環(huán)作用下的材料劣化本構(gòu)模型,并通過數(shù)值計算結(jié)果與相關(guān)試驗數(shù)據(jù)對比分析驗證該本構(gòu)模型的有效性。3、基于混凝土材料在凍融循環(huán)作用下的材料劣化彈塑性損傷本構(gòu)模型,開展凍融循環(huán)作用下鋼筋混凝土柱構(gòu)件的抗震性能模擬,通過模擬結(jié)果與未考慮凍融劣化本構(gòu)模型的模擬結(jié)果及試驗結(jié)果分別進行對比,驗證該本構(gòu)模型的適用性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文凍性、抗?jié)B性與抗侵蝕性等是混凝土材料耐久性指標耐久性損傷可以分為兩大類，分別為化學作用導致的傷，如圖 1-1 所示。化學作用的損傷類型包括鋼筋銹骨料反應以及受硫酸鹽侵蝕與氯離子侵蝕等。物理作材料凍融破壞以及表面的磨損與沖蝕等。域遼闊，屬于溫帶大陸性氣候，四季分明。在冬季，凍期。如圖 1-2 是我國某年 1 月份平均溫度的分布圖整個東北地區(qū)、部分西北與華北地區(qū)在 1 月份的平均，這些地區(qū)的混凝土工程建筑物均有可能受到凍融循構(gòu)的破壞。東北地區(qū)對于混凝土結(jié)構(gòu)建筑物凍融循環(huán)破示，絕大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)工程都遭受著不同程度的凍的經(jīng)濟損失。

了 0°C 以下，這些地區(qū)的混凝土工程建筑物均有可能受到凍融循環(huán)作用的影響從而造成結(jié)構(gòu)的破壞。東北地區(qū)對于混凝土結(jié)構(gòu)建筑物凍融循環(huán)破壞尤為嚴重，如圖 1-3 所示，絕大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)工程都遭受著不同程度的凍融損傷，由此造成了巨大的經(jīng)濟損失。圖 1-2 我國某年 1 月份平均溫度分布圖

此假說認為混凝土材料的凍融破壞歸因于混凝土材料孔隙中的靜水壓力[8, 9]，如圖 1-4 a)所示。混凝土材料中的孔隙溶液在達到一定溫度以下時，會由體積相對較小的液體狀態(tài)轉(zhuǎn)化為體積相對較大的固體狀態(tài)，持續(xù)凝結(jié)的固態(tài)部分會不斷擠壓液態(tài)部分的空間，使液態(tài)部分不斷轉(zhuǎn)移，不斷克服孔隙通道周圍的粘滯阻力，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，損傷逐漸積累，最終達到破壞應力，破壞了混凝土材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)。此假說與試驗現(xiàn)象比較符合，同時得到了大量學者的支持。隨著研究的深入，學者們逐漸發(fā)現(xiàn)，在完全飽水時對于孔隙率較高的材料，靜水壓假說已經(jīng)不再適用。于是在 1975 年，Powers 等人提出了滲透壓假說，滲透壓假說認為混凝土材料凍融破壞起源于孔隙溶液間的濃度差[10,11]，如圖 1-4 b)所示。由于凝結(jié)區(qū)的溶劑變成固態(tài)，溶液濃度上升，與未凝結(jié)區(qū)域產(chǎn)生濃度差，進而產(chǎn)生滲透壓，導致溶劑從未凝結(jié)區(qū)轉(zhuǎn)移到凝結(jié)區(qū)，從而需要克服孔隙通道中的粘滯阻力，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，損傷不斷累積，最后達到破壞應力。滲透壓假說與靜水壓假說實質(zhì)上都認為破壞是由于孔隙內(nèi)部溶液轉(zhuǎn)移的結(jié)果，靜水壓假說認為孔隙內(nèi)部溶液由凝結(jié)區(qū)轉(zhuǎn)移向未凝結(jié)區(qū)，而滲透壓假說認為孔隙內(nèi)部溶液是由未凝結(jié)區(qū)移向凝結(jié)區(qū)。
【參考文獻】

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本文編號：2890054