【摘要】：混凝土是土木工程領(lǐng)域使用最廣泛的材料之一。與很多固體材料類似,混凝土的粘彈性是材料自身的基本性質(zhì),對徐變、阻尼和宏觀力學(xué)性能等均有著重要影響。盡管混凝土的粘彈性已不斷得到關(guān)注和研究,并在結(jié)構(gòu)分析中加以考慮,但由于實際工程中荷載變化的復(fù)雜性,尚需要開展不同荷載條件下的混凝土靜動態(tài)粘彈性能的系統(tǒng)研究。本文通過不同加卸載速率下的短期持荷/恢復(fù)試驗和不同荷載頻率下的軸壓滯回試驗進(jìn)一步分析混凝土的靜動態(tài)粘彈性能及其影響規(guī)律。基于試驗數(shù)據(jù),研究分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)理論(導(dǎo)數(shù)階數(shù)在0～1之間)在混凝土材料粘彈性能描述中的適用性,提出了相應(yīng)的修正模型和參數(shù)識別方法,并探討靜動態(tài)粘彈性特征間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。主要研究內(nèi)容如下:(1)基于混凝土徐變和徐變恢復(fù)研究方法,進(jìn)行混凝土靜態(tài)粘彈性能的試驗研究。試驗中重點考慮了加載速率、卸載速率和持荷時間三種因素對混凝土靜態(tài)粘彈性能的影響,得到混凝土在持荷階段的徐變、卸載后的徐變恢復(fù)和殘余變形以及加卸載階段彈性模量隨加卸載階段荷載速率的變化規(guī)律。為更好排除環(huán)境因素的影響,反映混凝土材料自身的粘彈性能,將持荷時間控制在分鐘級別。(2)對混凝土靜態(tài)粘彈性能進(jìn)行分析。首先對比現(xiàn)有徐變模型對混凝土短期持荷階段變形的預(yù)測效果,檢查造成誤差的原因;從徐變恢復(fù)和殘余變形角度,分析了現(xiàn)有徐變恢復(fù)計算方法對卸載后混凝土滯后變形恢復(fù)的預(yù)測效果,提出了適合于短期徐變和徐變恢復(fù)描述的模型組合形式。然后從短期徐變和徐變恢復(fù)角度分析分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)理論在混凝土靜態(tài)粘彈性能計算中的適用性,提出考慮混凝土變形恢復(fù)特征的修正分?jǐn)?shù)階粘彈性模型,并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)給出不同工況下的模型參數(shù)取值。(3)針對混凝土動態(tài)粘彈性能,借鑒瀝青材料動態(tài)模量試驗方法,開展不同荷載頻率下的混凝土軸壓滯回試驗。試驗中主要考慮了外荷載頻率對混凝土滯回耗能性能和動態(tài)彈性模量的影響,為進(jìn)一步理解混凝土的動態(tài)粘彈性能提供了數(shù)據(jù)支撐。(4)從耗能-頻率相關(guān)性和滯回曲線兩個角度,綜合研究分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)理論在混凝土動態(tài)粘彈性能分析中的適用性。結(jié)合動態(tài)試驗數(shù)據(jù),給出經(jīng)典粘彈性模型和分?jǐn)?shù)階粘彈性模型的參數(shù)取值。針對分?jǐn)?shù)階粘彈性模型中分?jǐn)?shù)階導(dǎo)數(shù)的識別問題,提出一種基于滯回曲線特征點方程和耗能-頻率關(guān)系式的簡化識別方法。通過與試驗數(shù)據(jù)對比,驗證了該方法的有效性。(5)基于粘彈性理論,進(jìn)行混凝土材料靜動態(tài)粘彈性特征(徐變?nèi)崃?復(fù)模量)的轉(zhuǎn)換計算分析。首先基于分?jǐn)?shù)階粘彈性模型,分析靜動態(tài)粘彈性特征間直接轉(zhuǎn)換計算存在的問題。然后采用廣義粘彈性模型,進(jìn)行靜動態(tài)粘彈性能特征間的轉(zhuǎn)換計算分析。結(jié)合試驗數(shù)據(jù),驗證廣義粘彈性模型對混凝土靜動態(tài)粘彈性單獨描述的準(zhǔn)確性。考慮到轉(zhuǎn)換中存在的Laplace變換和Laplace逆變換增加了計算的復(fù)雜性,基于Volterra積分算子推導(dǎo)出近似轉(zhuǎn)換公式。通過將轉(zhuǎn)換計算結(jié)果和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,驗證該方法的可行性,為混凝土靜動態(tài)粘彈性能分析提供一種新的參考。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU528
【圖文】：

行了大量的試驗研究［３４＿３６］、計算分析［３＞３９］和機(jī)理解釋［４＜Ｍ２］。但正如美國西北大學(xué)逡逑Ｂａ２ａｎｔ教授所言，混凝土徐變至今仍沒有被完全掌握［４３】。２０１１年，Ｂａ＾ａｎｔ教授在逡逑國際結(jié)構(gòu)混凝土聯(lián)合會（ＦＳｄｄｒａｔｉｏｎ邋Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｅ邋ｄｕＢ６ｔｏｎ）研討會上呼吁關(guān)注逡逑混凝土徐變和混凝土結(jié)構(gòu)徐變效應(yīng)問題［４４］。近年來，國內(nèi)外學(xué)者從以下幾方面對逡逑混凝土徐變進(jìn)行了新的研究與分析：逡逑１．混凝土的長期徐變。盡管混凝土徐變在持續(xù)荷載作用下的前期發(fā)展快，３個逡逑月即可達(dá)到徐變終值的５０％￣７０％左右［１７］，但在荷載持續(xù)作用下的幾十年間仍可觀逡逑測到徐變現(xiàn)象［４５４８］。近年來有專家學(xué)者提出使建筑的設(shè)計壽命達(dá)到１００年［４９］，但逡逑針對混凝土徐變這一依時發(fā)展行為，由于試驗條件、測試手段等多方面限制，現(xiàn)逡逑有幾十年的長期測試數(shù)據(jù)相對較少％］。１９７７年竣工的帕勞共和國Ｋｏｒｏｒ－Ｂａｂｅｌｄａｏｂ逡逑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋曾因混凝土徐變等問題，導(dǎo)致跨中變形在１８年間下?lián)襄义希保叮保恚⒂冢保梗梗赌臧l(fā)生倒塌，如圖１－１所示。２００８年，Ｂａ＾ａｎｔ教授通過對解封逡逑后的資料進(jìn)行研宄發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有徐變模型對長期變形的預(yù)測均低于實際工程。通過逡逑收集１４００多組徐變數(shù)據(jù)、６０多座橋梁數(shù)據(jù)，Ｂａｉａｎｔ教授等人于２０１３年發(fā)布了最逡逑新的徐變數(shù)據(jù)庫并于２０１５年提出了可以考慮長期變形的Ｂ４模型。ｆ５１＿５３］逡逑

北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文期徐變數(shù)據(jù)對徐變模型進(jìn)行校正，能夠有效減小徐變模型的不確定性，型的預(yù)測精度［５３］。與此同時，混凝土長期徐變的組成和機(jī)理是十分復(fù)雜的，逡逑凝土協(xié)會２０９委員會（ＡＣＩ邋Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ邋２０９）邋［５４］中給出了混凝土長期測試組成，如圖１－２所示。逡逑；＞邋Ｓｔｒａｉｎ逡逑＇邋＇

高模型的預(yù)測精度［５３］。與此同時，混凝土長期徐變的組成和機(jī)理是十分復(fù)雜的，逡逑美國混凝土協(xié)會２０９委員會（ＡＣＩ邋Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ邋２０９）邋［５４］中給出了混凝土長期測試中逡逑的變形組成，如圖１－２所示。逡逑；＞邋Ｓｔｒａｉｎ逡逑１邋＇邋＇邋邐邐邐邐邐逡逑Ｉ邐＿逡逑§邐Ｘ邐§逡逑°邐／邐Ｉ邋，逡逑Ｉ°邋Ｉｆ逡逑／邐ｓｉ邋，１１逡逑—ｒ—邋邐這泛逡逑Ｉ岸逡逑｜邐｜邋Ｗ逡逑１邐１逡逑Ｃａｓ．ｒｃｔｌｒ＊邐￣邐邐邐伽咖哭－Ｉ＿邋．邋￣邋＇＿＿Ｌ逡逑！１邋Ｉ逡逑Ａ邐（Ｓｔａｒｔ邋ｏｌｄｉｙｉｎｇ）邐ｔ邐Ｔｉｍｅ逡逑Ｓｌｒｗｍ邋ｂｇｆｏｒ？邋／邋ｑ邐邐邐邐邐逡逑ｓｔａｒｔ邋ｏｆ邋ｃｔｙｉｎｇ邐Ｓｗｅｌｌｉｎｇ逡逑（ｎｏｔ邋ｒｅｃｏｒｄｅｄ）邐Ｃ逡逑ＩＱ逡逑§逡逑圖１－２持荷過程中的混凝土應(yīng)變組成ｌ５４】逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒａｉｎ邋ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ｃｏｎｃｒｅｔｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｌｏａｄ邋ｄｕｒａｔｉｏｎ逡逑圖１－２中干燥徐變部分受外部環(huán)境的溫度、相對濕度等影響較大，基礎(chǔ)徐變部逡逑分受混凝土的內(nèi)部組分和性能的影響較大。盡管針對混凝土材料的徐變已提出大逡逑量的機(jī)理解釋和分析，如固結(jié)理論、塑性流動、孔隙中自由水的作用、微裂紋擴(kuò)逡逑張等［５４，５５］，并建立了混凝土徐變隨混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展規(guī)律的模型［５６，５７］。但由逡逑于混凝土材料自身的老化［５８］，以及長期測試過程發(fā)生的混凝土收縮和外部環(huán)境改逡逑變［５９，《＞］等因素耦合作用均增加了研宄的難度。逡逑由于一般意義上的混凝土徐變中

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本文編號：2792586