关键词： 岩石损伤   冻融循环   冻融试验   核磁共振测试   损伤力学  

摘要： 我国寒区分布十分广泛,在寒区内存在大量的冻土,冻土包括冻结的土和岩石。寒区工程建设面临着复杂的冻害问题,如冻融引起的边坡失稳、路基不均匀沉降,隧道围岩失稳等,对寒区岩石的冻融损伤研究日益迫切。以片麻岩为试验材料,在-20℃的低温下冻结4小时,接着在20℃的水中融解4小时,为完成一次冻融循环,本次试验共计进行180次。在每完成20次冻融循环后测试片麻岩的质量、纵波波速、极限抗压强度、弹性模量、泊松比、岩石孔隙率、不同孔径孔隙占比。研究了冻融循环后片麻岩的物理力学损伤变化特性,并且应用损伤力学的知识进行了岩石冻融受荷损伤本构关系的推导,主要得到了以下结论:(1)在整个冻融循环期间,片麻岩的质量、纵波波速随着循环次数的增加而逐渐减小。质量损失率约为-0.12%,损失速率呈现出先增大,再减小,最后又逐渐增大的趋势。岩石纵波波速衰减幅度为-3.24%,波速衰减速率呈现出先增大,再减小,最后趋于稳定的规律。可见随着冻融循环次数的增加,片麻岩的密实度与完整性不断的下降。(2)片麻岩强度试验表明,随着冻融循环次数的增加极限抗压强度、弹性模量、冻融系数逐渐减小,泊松比、纵横向峰值应变逐渐增大。经过180次冻融循环作用以后,强度损失率为-23.05%。弹性模量损失量接近50%,从冻融系数上来看,片麻岩呈中风化状态。泊松比、纵横向峰值应变的增长率分别为141.67%、101.26%、388.42%。从单轴压缩应力-应变曲线来看,随着冻融循环次数的增加压密阶段逐渐的变长。(3)核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance)试验结果显示孔隙率随着冻融循环次数的增加而逐渐增加,由初始的0.287%上升为1.402%,增加了 388.5%。按照孔隙孔径的大小以及占比情况定义片麻岩内部的孔隙为:小孔径孔隙(直径0.01～0.1μm)、中孔径孔隙(直径0.1～100μm)、大孔径孔隙(直径100～400μm)。在整个冻融循环过程中,小孔径与大孔径孔隙所占的比例逐渐的上升,中孔径孔隙所占比例逐渐下降。(4)以孔隙扩展因子Kn来表示的岩石冻融损伤变量Dn,基于推广后的应变等价原理,推导了岩石的冻融受荷损伤本构关系表达式。实例演算求得经过180次冻融循环后片麻岩的冻融损伤变量Dn为 0.958。

关键词： 混凝土   强度等级   超低温冻融循环作用   受压性能   热变形  

摘要： 混凝土作为储存液化天然气（LNG）储罐结构的受力材料,因LNG存量改变引起的罐内温度变化使其在LNG储罐运行过程中经历超低温冻融循环作用。而实际运行的储罐结构因功能要求、受力特点以及经济性和安全性等,不同类型储罐以及储罐不同部位所采用的混凝土强度等级一般也有所不同。故研究不同强度等级混凝土经历超低温冻融循环作用性能十分必要。本文将通过试验探讨强度等级对混凝土经历超低温冻融循环作用后的受压性能和变形性能影响规律,并与常规冻融循环作用试验结果对比。根据实际运行的LNG类储罐结构情况和本课题组已有的研究结果,这里选取的混凝土设计强度等级分别为C40、C50及C60,考察的温度区间为15℃-120℃和15℃-190℃,超低温冻融循环作用次数则分别取0次、16次和30次。试验共制作试件120个。所有试验均由自行研制的超低温混凝土受力性能试验装置实现。通过超低温试验炉获取给定的温度作用工况,并给出混凝土的热变形指标（热残余变形、热膨胀变形系数）,然后再由相配套的液压试验机施加轴心受压荷载获取混凝土上下限温度时的受压强度性能和受压变形性能（弹性模量、峰值应变、应力-应变曲线）变化规律。试验结果表明,强度等级对混凝土经历超低温冻融循环作用后的性能具有显著影响,但不同的超低温温度区间和冻融循环作用次数表现出的影响程度存在差异。对于给定超低温冻融循环作用工况,上限温度时加载混凝土的强度等级对其破坏状况影响显著,而下限温度时加载则不明显。混凝土的受压强度、弹性模量随其强度等级提高具有相似的变化规律,而混凝土的峰值应变、应力-应变曲线以及热变形等均呈现复杂的变化趋势,在不同超低温冻融循环作用工况下随其强度等级提高而呈现的变化趋势不尽相同。同时,混凝土在下限温度时的性能变化受到冻融循环作用损伤和超低温增强效应的双重影响,其随强度等级提高的变化规律与所处的超低温冻融循环作用工况息息相关。与已有的常规冻融循环作用试验结果比较表明,超低温冻融循环作用对不同强度等级混凝土性能指标的影响更为严重、也存在明显的差异。本论文的研究结果可为可靠地设计和安全评估LNG储罐类混凝土结构提供依据。

关键词： 冻融循环   导热性能   未冻水含量   相变温度   滞回机理   盐渍土  

摘要： 对于盐渍化季节性冻土地区土体,在冻融过程中会发生一系列水、热、盐等特性的变化,由此引起的冻胀、盐胀及融沉现象是造成寒区工程在施工、运营与维护过程中出现相关工程病害的主要原因。在冻融循环过程中,盐渍土水热特性的变化主要体现在导热性能、未冻水含量和相变温度等方面,同时这些基本参数在冻结和融化过程中表现出相应的滞回特性。作为冻土物理学研究的一项基础性工作,在有关土体冻结和融化过程中水热特性的变化及滞回机理研究方面,已取得了丰硕的成果。然而,已有研究较少从介质组分形状及结构配置角度来考虑岩土体在未冻和已冻条件下的导热性能;在土体冻结特征模型方面,部分模型仅能较好地评价特定情况下土-水系统中未冻水含量随温度的变化关系,且一些模型在土体初始冻结温度附近不可导或不连续;较少地从理论上分析盐渍土融化温度,缺乏从孔隙结构和电解质效应的角度对滞回现象进行探讨,且没有对这种冻融循环滞回进行定量解释;对于含复盐盐渍土,在冻结和融化过程中可动流体、束缚流体和总的未冻水含量随温度的变化规律研究相对较少。因此,本文重点研究不含盐土与含盐土在冻结和融化过程中出现的水热特性变化及相关滞回机理。以青藏高原粉质黏土、兰州粉土为主要研究对象,结合室内试验和理论推导建立相关的特征模型对多孔介质在冻融循环过程中未冻水含量、导热性能和相变温度等水热参数的变化特性及滞回机理进行了研究。主要研究内容体现在以下四个方面:（1）孔隙介质的导热系数主要取决于颗粒形状和颗粒基质组分与含量,由于岩土材料的组成颗粒形状多样化,且冰的导热系数大于土的导热系数,因此当孔隙中液态水相变成固态冰时,会引起多孔介质导热系数急剧增大。为了认知正冻条件下,基质颗粒形状及结构配置对多孔介质导热系数的影响,本文依据组分体积含量、颗粒形状因子和组分结构配置,并基于相变理论和几何逼近方法建立了一个关于岩土材料的广义热传导模型。模型可以应用于预测处于未冻和正冻状态下的多孔介质导热系数。通过假定不同的形状因子来模拟不同土颗粒形状对土体导热系数的影响,并指出当假定基质颗粒为球形时,通常会得到一个偏小的有效导热系数;同时借助本文的9组导热试验结果和相关文献中的77组试验结果来对比分析所建模型与已有两种模型（物理模型和经验模型）的模拟效果,发现三种模型的预测结果与试验结果之间均具有很高的吻合度,但从评价参数拟合优度R2、均方根偏差RMSD、平均绝对偏差MAD的角度来看,本文所建模型更具优越性。（2）通过综合分析已有研究中关于土体冻结特征模型的适用性和局限性,在假定土体冻结特征曲线形状依赖于土体的孔径分布和土体中未冻水主要包括已冻孔隙中未冻水和未冻孔隙中未冻水膜的前提下,本文提出了一个预估不同温度条件下,土体中未冻水含量的冻结特征模型,模型具有完整的频率分布形式。并借助前人的试验结果（7种代表性土样,6种代表性矿物成分,大量的特殊矿物和土样,以及部分非饱和土样）验证了土体冻结模型的有效性,通过非线性拟合,发现试验结果与预测结果之间的相关系数均大于0.95,表明模型对于土体在冻结过程中未冻水含量随温度的变化关系具有很好的预测效果。本文所提模型克服了相关经验模型中存在的缺点:在接近冻结温度时不可导或不连续。因此,其在数值计算中比已有经验模型更加方便、可行。同时,指出模型包含的三个参数（6,8）和9)的取值分别与土体最大孔径孔隙中液态水的冻结温度,残余含水量和相变剧烈程度有关。此外,模型也描述了在极低温度条件下,土体中残余未冻水含量与温度之间的关系。（3）冻结温度和融化温度作为两个判断土-水体系是否处于冻结状态的重要指标,但其并不为常数,而是随着土质、含水量和含盐量等参数的变化在一定范围内发生变化。为了探究相变温度随含盐量和土质类型的变化关系,本文以三种不同类型的土壤（粉质黏土,粉土,砂土）为研究对象,在不同氯化钠含量条件下进行了一系列的冻结温度和融化温度试验研究。并结合Pitzer离子模型和热力学理论,推导了含盐土-水系统在不同孔径分布和含盐条件下冻结温度的理论模型和融化温度的半经验模型。为了验证相变温度模型的有效性,将预测结果与试验结果进行了对比,发现两者之间吻合度很高。提出了一个滞回参数定量描述含盐土-水体系的冻-融滞回现象,发现这种滞回现象主要受孔径和水分活度的影响。此外,对产生相变温度和体积未冻水含量滞后现象的相关机理进行了讨论,同时通过假设各种不同形状的孔隙结构来探讨孔隙形状对滞回现象的影响。研究表明:对于针状孔隙,土-水体系表现出的相变温度降低值最小;当孔隙结构假定为饼状时,土-水体系表现出的相变温度降低值最大。（4）基于水中氢原子的核磁共振自由感应衰减原理和Pitzer离子模型;并借助低场脉冲核磁共振仪,对含Na2SO4-NaCl复盐盐渍土在冻结和融化过程中未冻水含量随温度变化规律及相关滞回机理进行了研究。结合

关键词： 钢化玻璃   冻融循环-紫外辐照   风沙冲蚀   透光率   田口正交   损伤机理  

摘要： 我国西北部地区平均海拔在1 km以上,不仅全年温差大、无霜期短,还有沙浪滚滚的荒漠。造就了该地区严寒气候、高原强紫外光辐射和风沙环境对钢化玻璃的长期复合侵蚀作用,对材料的耐久性、安全性和可靠性影响特别大,导致其使用寿命及正常服役水平下降。由于钢化玻璃具有良好的机械性能、高透光率、热稳定性好和安全性高等优点,被广泛应用于建筑门窗和幕墙、高铁和汽车的挡风玻璃等。内蒙古中西部区域特殊的复杂自然环境特征在我国西北地区具有很强的代表性,全区境内的铁路里程居全国第一,高速公路里程居西北地区前列,以及荒漠和沙漠周沿地带分布着不计其数的建筑。途经该地区的列车、汽车的前挡风玻璃和该地区的建筑玻璃等无一不是时时刻刻经受着严寒气候环境、强紫外光辐射和风沙环境三大因素的长期复合侵蚀作用。本课题受国家自然科学基金《区域特殊环境下高铁前风挡玻璃受侵蚀力学行为与损伤机理研究》(项目批准号:11662012)资助。通过高低温交变试验箱模拟严寒酷暑条件下的冻融循环;利用紫外老化试验箱模拟高原紫外光辐射;运用模拟风沙环境侵蚀实验系统进行风沙冲蚀试验。可以有效地模拟钢化玻璃受内蒙古西部严寒气候环境、高原强紫外光辐射和风沙环境三大因素的侵蚀作用。本课题具体研究内容如下:1.研究分析了内蒙古区域特殊自然环境特征,统计了该地区近30年的气象参数:气温、湿度、降水量,年日照时数及紫外辐照量,沙尘暴爆发成因、频次、时空分布等。来确定该课题试验的参数和变量。2.依据内蒙古中西部地区历年气温、湿度和紫外辐照强度特征,研究分析了钢化玻璃在冻融循环-紫外辐照复合侵蚀的加速试验研究,随着冻融次数和紫外辐照时间的增加,钢化玻璃透光率下降愈明显。3.为真实有效地研究自然条件对钢化玻璃的侵蚀作用,进行了钢化玻璃试件在自然条件下暴露老化一年试验研究,其表面损伤较为严重,试件的光学性能劣化程度比冻融-紫外辐照条件下更为严重。4.根据内蒙古中西部风沙环境现象特征,设计了钢化玻璃试件在冻融循环-紫外辐照复合侵蚀后进行气固两相流冲蚀磨损试验,研究分析钢化玻璃在不同冲蚀力学参数(冲蚀速度、冲蚀角度、沙流量和冲蚀时间)作用下的冲蚀磨损规律。具体为:(1)试件的冲蚀率随着冲蚀速度的增加而增大,在14～22m/s冲蚀速度之间,冲蚀率增长较为缓慢,透光率降低程度随着速度增加逐渐严重。(2)随着冲蚀角度的增加试件的冲蚀率逐渐增大,在90°达到最大,在15～45°其透光率急速下降。(3)随着沙尘浓度的增加,试件的冲蚀率呈现出递减趋势,而对钢化玻璃的光学性能影响较小。(4)冻融循环-紫外辐照复合侵蚀后的钢化玻璃试件比普通钢化玻璃试件的损伤较为严重。5.结合田口正交方法判别各冲蚀因素的贡献率,其中风沙冲蚀速度和风沙冲蚀角度占比高达95%,其对钢化玻璃的冲蚀磨损影响占据绝对重要的地位。6.采用钢化玻璃的冲蚀率、透光率和失重量作为其受区域环境多因素侵蚀损伤的评价指标,并采用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)从微观的角度分析其损伤机理。钢化玻璃的损伤破坏机理主要由裂纹交叉扩展叠加破坏试件的组织结构,表现出典型的脆性材料损伤规律。

关键词： 冻融循环   X-ray CT   孔隙结构   3D打印  

摘要： 伴随着人类生存空间的不断扩展和生存环境的日趋多样化,大量混凝土结构长期处于极其恶劣的环境之下,其中在高寒地区冻融循环作用对混凝土材料力学性能和耐久性影响巨大。作为一种典型的人工复合材料,混凝土包含的三相结构(孔隙、骨料、砂浆)特征与其宏观性能存在着密切的关系,开展针对冻融循环作用下混凝土三相结构演化规律相关研究对深入探讨混凝土材料损伤破坏机理,指导混凝土材料配合比与生产工艺改进具有极为重要的意义。孔隙结构是混凝土材料三相结构中对其抗冻性能影响最为直接的组成部分,目前的研究主要集中在定性分析以及以孔隙率为主要参数的初步定量分析当中。然而,该方法仅能表征孔隙结构的部分特征。因此在混凝土材料细微观结构研究中引入孔径分布等参数,全面考虑孔结构特征具有重要意义。开展工作如下:(1)开展了冻融循环作用下混凝土材料内部孔隙结构演化规律的研究。研究中在传统孔隙结构测试方法压汞法的基础上,引入CT扫描技术,将孔隙孔径测试范围扩大至10nm至10mm。在CT扫描研究中,引入CT数均值和盒维数分型模型,其中CT数均值能够较为粗略地描述混凝土试样在冻融循环作用下的损伤过程,而盒维数分型模型能够有效体现CT可识别孔的分形特征。针对孔隙率作为单一参数在描述孔隙结构特征方面的不足,文中引入了孔径分布、孔隙数量等参数作为辅助。研究表明,冻融循环后有害孔比重逐渐增长,经历100次冻融循环后混凝土孔隙结构发生了显著的变化。(2)建立了混凝土细观孔隙结构特征与宏观力学性能的关系,并引入了损伤理论,在分析冻融循环作用下混凝土宏观破坏发展规律的基础上,结合研究中的CT扫描试验数据建立了以孔隙率、CT数均值和CT数标准差为参数的损伤模型,研究表明损伤变量与冻融循环次数具有较强的线性相关关系,其中孔隙率损伤参数和CT数标准差损伤参数均能较好地反应冻融循环损伤过程度,而CT数均值损伤参数在损伤程度较大时有效性较差。(3)基于CT扫描建立的数字模型,分别采用立体光刻和三维喷墨两种3D打印工艺制备了包含混凝土细观结构特征的3D打印试样并开展了宏观力学试验。研究表明,3D打印技术能够精确还原混凝土内部细观孔隙结构特征,其中,立体光刻技术能够实现混凝土材料的三相结构打印。3D打印试样的孔结构-宏观强度关系与其打印工艺及打印材料密切相关,采用三维喷墨工艺指标的试样与真实混凝土试样孔结构-强度关系上一致性较强。

关键词： 冻融循环   再生骨料混凝土   力学性能   孔隙分布   影响机理  

摘要： 随着我国城市发展规模逐渐扩大,各种工程会产生万亿吨计的建筑垃圾,同时,在水利规划科学化的大背景下,一些老旧病险水利建筑的拆除也提上日程,随之而来的大量废弃混凝土在侵占土地的同时也给我们的环境造成了巨大的破坏。如何将废弃混凝土变废为宝再次赋予其新的使用价值,是一个有利于环境保护的重要研究课题。从废弃的混凝土中提取出可以循环利用的骨料,再将这些骨料拌制在新的混凝土中能够产生新的混凝土材料,这种材料被称为再生骨料混凝土。再生骨料不同于天然骨料的性质,是否会导致拌制而成的再生骨料混凝土的各项物理、化学参数与普通混凝土存在区别,这些问题的研究尚未取得突破。本文主要针对再生混凝土的抗冻性能指标进行了研究,分析了再生骨料和矿物掺合料粉煤灰对于再生骨料混凝土抗冻性能的影响规律,阐明了再生骨料混凝土的冻融损伤演化机理,主要研究内容包括:1.研究了粉煤灰掺量和再生骨料取代率两个梯度变量下再生骨料混凝土的力学特性。并研究了冻融循环试验后的力学性能参数变化。2.从宏观尺度分析了粉煤灰掺量和再生骨料取代率两种材料配比对混凝土冻融损伤演化特性的影响。3.从微观尺度分析了冻融循环作用下再生骨料混凝土内部孔隙结构的发展演化过程,研究了复杂的界面问题对混凝土冻融损伤演化特性的影响。研究发现,掺入再生骨料和粉煤灰对混凝土的初始力学性能没有明显改善;但是不同取代率的再生骨料和粉煤灰对再生骨料混凝土的抗冻指标和冻融循环后的力学性能有着显著的差异。

关键词： 膨胀土   冻融循环作用   应力-应变关系曲线   工程特性  

摘要： 我国膨胀土与季节性冻土分布区域存在大面积的重叠,经过冬冻春融后,边坡支挡结构极易出现悬空、胀裂等病害,大幅度增加了季冻区高速铁路路基工程的建设难度和安全平稳运行的风险,故明确膨胀土在冻融循环作用下工程特性的变化规律极为重要。本文通过理论分析和室内试验相结合的手段,探讨冻融循环作用对不同初始状态膨胀土工程特性的影响,主要研究成果如下:(1)初始状态为含水率26%/压实度0.90/冻结温度-15℃的膨胀土在冻融循环过程中体积表现为冻胀融缩,而初始状态为含水率20%、23%/压实度0.90/冻结温度-15℃的膨胀土体积表现为冻缩融胀;(2)初始状态为含水率23%、26%/压实度0.90/冻结温度-15℃的膨胀土,经第1次冻融作用,无侧限应力-应变关系曲线峰值应力出现显著的跌落;初始状态为压实度0.85、0.90、0.95/含水率20%/冻结温度-15℃的膨胀土,随着冻融循环次数的增加,无侧限抗压应力-应变关系曲线由分散的微小应力跌落的曲线组成;冻结温度越低,对无侧限抗压强度的影响越大。(3)随着冻融循环次数的增加,试样的内部结构发生改变,颗粒间的胶结作用减弱,导致膨胀土的无侧限抗压强度、粘聚力、抗剪强度、弹性模量总体上均呈下降趋势,约降至初始值的0.5～0.7,而内摩擦角虽波动起伏,但由于颗粒间的咬合接触点面积增加,总体上呈现为增大的变化规律。(4)建立了膨胀土工程特性参数与冻融循环次数的函数关系式,为指数式衰减函数,其次进一步建立膨胀土的无侧限抗压强度、粘聚力随冻融循环次数以及初始状态的二元函数表达式,在一定程度上可定量反映冻融循环和初始状态的耦合作用对膨胀土工程特性的影响规律。

关键词： CFRP   烧结砖   冻融循环   单面剪切   粘结性能  

摘要： 以冻融循环作用下CFRP—烧结砖粘结界面为研究对象,参照CFRP和混凝土界面的单面剪切模型,进行单面剪切粘结强度试验.研究在不同冻融循环次数作用下CFRP和烧结砖界面的粘结性能,得出单剪试件在不同次数冻融循环作用下的破坏形式,进行单面剪切粘结强度的变化规律及机理分析.

关键词： 膨胀土   矿物分析   冻融循环   动剪切模量   阻尼比   加筋土  

摘要： 我国深季节冻土区铁路沿线有广泛的膨胀土分布,在高寒深季节冻融环境且浅地下水丰富场地条件下,对于膨胀土边坡,冻融循环作用成为严重影响边坡稳定性且诱发滑坡的最直接原因。针对高寒深季节冻融环境且浅地下水丰富场地膨胀土人工路堑边坡,研究冻融循环作用下膨胀土动力学特性,对于有效解决目前严重制约我国高寒区高铁发展中深季节冻融环境复杂场地膨胀土人工路堑滑坡灾害防控问题,具有重大工程实践意义。本文以吉图珲高铁延吉段膨胀土为研究对象,以膨胀土在冻融循环条件下物理力学特性的变化规律为研究内容,对膨胀土的矿物成分分析及实验室配制;抗剪强度随冻融循环变化规律;不同应力状态下膨胀土动力特性随冻融循环变化规律;加筋后膨胀土的动力特性随冻融循环变化规律以及加筋后膨胀土在循环剪切过程中动力特性及累计变形规律进行试验研究。论文的主要内容和结论如下:通过对X射线衍射结果的分析,结合系列土工试验验证得出实验室配制膨胀土各成分及配比为:膨润土70%、钠长石17.1%、石英12.9%。通过对三轴压缩试验结果的对比分析表明,实验室配制膨胀土与原位膨胀土两者的抗剪强度参数均随冻融循环次数的增加而减小,表现出强度特性的一致性规律,实验室配制膨胀土与原位膨胀土相比,其内摩擦角随动循环次数增加的下降速率更低,粘聚力随动循环次数增加的下降速率更高。冻融循环对原位膨胀土和实验室配制膨胀土的动剪切模量和阻尼比均有明显的影响。通过动三轴试验对冻融循环作用下边坡膨胀土的动剪切模量与阻尼比的变化规律,进行了围压σ3=10、50kPa和偏压固结比Kc=1.25、2.0状态下的膨胀土冻融循环温控动三轴试验。研究表明:边坡膨胀土在冻融循环作用下动力特性变化规律会随着应力状态的不同而存在显著差异;有围压条件下冻融循环会使膨胀土颗粒排列发生重组而再次固结,使土体动剪切模量Gd提高,单次冻融循环Gdmax最大提高27.6%,阻尼比λ降低,单次冻融循环λmax最大降低7.6%,这与传统上“冻胀融缩”土体结构损伤理论的认识不同;偏应力作用下冻融循环会使膨胀土产生附加剪切变形,从而提高土体的动剪切模量。研究结论进一步丰富了边坡膨胀土在冻融循环作用下的动力特性变化理论,为今后优化膨胀土边坡治理提供理论依据。对冻融循环作用下加筋膨胀土的动力响应特性进行研究,以土工格栅作为筋材,进行了加筋膨胀土试样的温控动三轴试验,并与未加筋膨胀土试样的位移与动力学参数变化进行对比分析,讨论了冻融循环作用对加筋膨胀土动力学特性的影响效果。研究结果表明:加筋对膨胀土试样动剪切模量与阻尼比均有所提高。σ3=50 kPa条件下,冻融循环会使膨胀土颗粒排列发生重组而再次固结,使土体动剪切模量Gd提高。加筋可抑制试样轴向压缩,还可约束试样在冻结过程中的冻胀变形,延缓冻胀引起的结构损伤效应,降低动剪切模量与阻尼比随冻融循环的变化率。σ3=10 kPa条件下,冻融循环会使膨胀土产生膨胀变形,使土体动剪切模量Gd降低。加筋可抑制试样轴向膨胀,使动剪切模量在冻融循环后的降低速率减小,且更快趋于稳定,加筋前后冻融循环对膨胀土试样阻尼比的影响较小。两种应力状态下,加筋膨胀土试样随着动应变的提高,筋材的耗能效果更加突出,表现出加筋试样阻尼比的增长趋势高于未加筋试样。

关键词： 钢筋套筒连接   冻融循环   连接性能   破坏形式   应变分布  

摘要： 装配式混凝土结构具有施工速度快、环境污染小等优点,已成为建筑领域的研究热点之一。影响装配式混凝土结构质量的主要因素是连接节点的性能,因此,套筒灌浆连接是装配式结构构件的关键技术。在寒冷地区,冻融循环也影响到装配式混凝土结构的节点性能。论文主要进行了全灌浆套筒连接节点在常温和冻融循环下的拉伸性能试验研究,得到以下主要结论:(1)通过正交配比试验,得到胶砂比1.0,水胶比0.26,塑性膨胀剂掺量为0.03%,硅粉掺量为0.5%,减水剂掺量为0.5%,HCSA掺量为9%的灌浆料,其性能符合要求。(2)常温养护下试件表面的灌浆料没有出现明显的剥落,冻融循环作用使灌浆料内部的孔隙增多、试件端口出现少量灌浆料剥落。(3)与钢筋母材相比,常温养护下的全灌浆套筒极限抗拉强度得到提高,其锚固长度和灌浆料的性能满足要求。(4)与常温养护相比,冻融循环作用下的全灌浆套筒的屈服强度、极限强度及极限粘结强度均出现了下降,GT16L-4、GT16L-5、GT16L-6的极限粘结强度分别下降了0.99%、5%、4.26%,GT20L-4、GT20L-5、GT20L-6的极限粘结强度下降了6.49%、0.53%、0.53%。(5)试验研究了常温养护下和冻融循环作用下的套筒表面径向与轴向应变,得到套筒最薄弱的节点在套筒中部。(6)利用ANSYS进行有限元模拟,模拟出极限荷载下全灌浆套筒的破坏模式与全灌浆套筒上的应力应变分布图,对比发现分布规律基本一致。