关键词： 栓钉连接件   冻融循环   推出试验   数值分析   冻融损伤系数  

摘要： 栓钉连接件主要使用在组合结构湿接缝处,而湿接缝在组合梁桥整体的受力过程中有着极其重要的作用。我国疆域面积广阔,地域差异较大,在我国局部地区冬季昼夜温差较大,且冬季持续时间较长,桥梁建筑物易受冻融荷载影响,而湿接缝部位又是组合梁桥中的薄弱部位,因此对组合梁桥中的湿接缝进行冻融循环荷载下承载力的研究具有十分突出的工程意义,但目前国内外相关方面研究主要集中于混凝土冻融以及栓钉剪力连接件承载力的研究,对于栓钉剪力连接件在冻融循环荷载作用下的承载力研究尚处于空白。本文进行了栓钉连接件和混凝土试件的冻融循环试验,以及栓钉连接件的推出试验,探讨了栓钉连接件在冻融循环荷载作用下的承载力变化情况以及内部损伤情况。试验共浇筑了12个直径为22的栓钉剪力连接件。其中栓钉剪力连接件共分为四组,进行栓钉剪力连接件的冻融循环试验,冻融循环试验结束后应立即进行推出试验,得到了栓钉剪力连接件的经过冻融循环荷载作用后的数据结果。最后通过数值分析对整个试验过程进行了模拟。首先通过试验结果对数值分析的有效性进行了验证,证明了数值分析可以有效模拟试验结果后,对有限元模型进行了变参数分析,得到了相应计算结果。主要研究结果如下:(1)通过进行冻融混凝土试件得到,高强混凝土表面损伤较为明显,冻融后质量损失率基本上为零,弹性模量有所下降,强度前期下降慢,后期下降快。(2)通过对栓钉剪力连接件进行冻融循环试验以及推出试验,最后得到栓钉剪力连接件随着冻融试验次数的提高,极限承载力不断地下降,本次试验中试件主要表现为混凝土开裂。得到了直径为22的栓钉剪力连接件在不同冻融循环次数下的荷载-位移曲线。(3)通过数值分析软件对栓钉连接件推出试验进行建模,通过试验得到的相关数据,对数值分析模型进行了验证,其次对有限元模型进行了变参数分析,最后通过拟合得到的试验以及有限元数据结果,提出了适用于栓钉剪力连接件的冻融损伤系数,并得到了其数学计算式。

关键词： 冻融循环   压缩模量   压缩系数   分层总和法   双曲线模型  

摘要： 在季冻区域,由于气候发生周期性的变化,冻融循环作用对道路的沉降产生较大的影响。冷端温度、土体含水量和冻融循环次数是冻融循环作用中重要的影响因素,然而在现有的沉降理论计算方法中,能够反映出冷端温度、土体含水量和冻融循环次数对道路沉降影响的计算方法很少。为了在现有沉降理论计算方法的基础上,对沉降计算方法进行完善,使其能够反映出冷端温度、含水量和冻融循环次数对道路沉降的影响,以黑河—大连公路中拜泉明水界—青冈(杜家店)段改扩建工程为依托工程,对试验断面工后温度场和沉降进行监测,分析路基温度场和沉降的变化规律。并且依据现场实测数据,在室内对试样进行冻融,然后对冻融后的土体进行固结实验,利用单因素变量法研究冷端温度、初始含水量和冻融循环次数对土体压缩模量Es1-2和压缩系数α1-2的影响。在此基础上,利用分层总和法和应力应变双曲线模型提出一种能够反映出冷端温度、初始含水量和冻融循环次数对土体沉降影响的计算方法,对试验断面进行沉降计算,与试验断面监测结果进行对比分析。结果表明:路基温度场分布特性以年为周期呈正弦函数规律变化,不同深度路基的温度变化存在滞后性;冻融作用影响着路基的沉降。常温下,土体的压缩模量Es1-2和土体的压缩系数a1-2与土体的初始含水量一般成线性关系;在冷端温度最低为-4℃、冻融次数为3次的范围内、土体初始含水量一定的情况下,土体的压缩模量Es1-2和土体的压缩系数a1-2与冻融次数和冷端温度一般成线性关系;冻融后土体的应力应变也满足双曲线方程。根据双曲线模型参数A、B与初始含水量、冻融次数和冷端温度之间的关系推导出e～p曲线,并且结合分层总和法可以算出道路沉降量,通过计算结果与现场实测数据进行对比分析,发现误差在工程允许范围之内,今后可以为计算季冻区道路沉降提供理论参考。

关键词： 粉砂土   冻融循环   粘聚力   内摩擦角   数值模拟   抗剪强度  

摘要： 我国国土面积广阔,冻土在我国国土面积中占据较大一部分,其中多年冻土占我国国土面积的21.5%,而季节性冻土占我国国土面积的53.5%.内蒙古地区东西跨度大,是我国典型的季节性冻土区.近年来,季节性冻土区的边坡、道路、渠道等工程建设受冻融危害越发严重,引起人们广泛关注.冻融作用会使土的结构性质发生不同程度的变化,破坏构筑物及建筑物的稳定性,冻融循环作用给季节性冻土区土木工程建设带来了不少难题,引起越来越多的专家学者对季节性冻土区冻融病害机理的关注与研究.　　本文选取内蒙古包头地区粉砂土作为研究对象,通过室内试验测得粉砂土的基本物理力学参数,将干密度、含水率及冻融循环次数作为控制变量.制备土样分别进行不同次数的冻融循环试验,通过直剪试验得出抗剪强度参数c、φ的变化规律,分析并总结经过冻融循环后的粉砂土强度特性的变化规律.试验结果表明:　　(1)不同含水率和不同干密度的土样,随着冻融循环次数的增加,粘聚力值不断减小;经过不同冻融循环次数的土样,随着含水率的增大,粘聚力值不断减小,随着干密度的增大,粘聚力值不断增大.　　(2)不同含水率和不同干密度的土样,随着冻融循环次数的增加,内摩擦角值呈现波动趋势,波动范围在5°之内;经过不同冻融循环次数的土样,高冻融次数的土样内摩擦角随含水率的增大而增大,随着干密度的增大内摩擦角值不断增大.　　(3)不同含水率和不同干密度的土样,随着冻融循环次数的增加,抗剪强度值不断减小;抗剪强度随着垂直压力的增大而增大.　　(4)以试验数据为基础建立了粉砂土强度劣化模型,将实测值带入表达式,得到较高的拟合结果.　　冻融循环条件下边坡稳定性的研究被人们普遍关注,该研究对季节性冻土区土木工程建设方面也具有重大意义.本文以托克托至东河段某段路基边坡为工程背景,选取包头具有代表性的粉砂土作为边坡回填土,以土工试验结果为依据,结合强度折减法建立边坡模型,基于ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析.本文分别讨论冻融循环作用下不同干密度、含水率、冻融循环次数以及不同坡率对边坡稳定性的影响.数值模拟分析的结果表明:对于季节性冻土区的土质边坡,随着冻融次数的增加边坡稳定性降低;相同冻融次数下,对于含水率越大的边坡,冻融循环对边坡的影响越强,边坡安全系数越低;干密度越大,边坡安全系数越高,稳定性越好;坡率较大时,边坡安全稳定性较高.

关键词： 混凝土   冻融循环   氯离子传输   瞬时氯离子扩散系数   冻结最低温度   氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用  

摘要： 对于受冻地区海洋环境下的钢筋混凝土结构,冻融循环引起混凝土内部产生微裂纹,增加了氯离子的传输通道,加速氯离子的侵蚀过程。当前,针对冻融循环对混凝土中氯离子传输影响的研究主要存在以下问题:在已有的氯离子传输模型中主要是根据室内快速冻融循环次数来修正氯离子扩散系数,一方面冻融循环对表面氯离子浓度的影响亦不可忽略,另一方面室内、外冻融循环过程的差异性导致模型的实用性较差,故应进一步建立可适用于实际工程的考虑冻融损伤对表面氯离子浓度和瞬时氯离子扩散系数时变特性共同影响的氯离子传输模型;已有研究中对冻结最低温度的取值较为单一（-18℃）,考虑不同冻结最低温度对混凝土中氯离子传输特性的影响应值得进一步研究;由于室内快速盐冻试验的冻融周期相对较短（3h左右）,无法真实模拟自然环境中氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用对混凝土内氯离子侵蚀的影响,故应开展相应的室外试验来深入研究该问题。为了解决以上问题,本文采用理论分析和物理试验相结合的手段,提出采用冻融损伤程度指标来反映冻融循环对混凝土中氯离子传输特性的影响,分别探究了冻融循环次数、冻结最低温度和室外氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用对混凝土冻融损伤程度的影响,据此建立了可适用于实际工程的考虑混凝土冻融损伤影响的氯离子传输模型。具体研究内容如下:（1）混凝土瞬时氯离子扩散系数Dins能够实时反映冻融循环引起的混凝土内部孔隙结构发生的变化特征,可用以研究冻融循环对混凝土中氯离子传输特性的影响。基于Fick第二定律经理论分析推导出混凝土瞬时氯离子扩散系数Dins与表观氯离子扩散系数Da之间的数学关系式,并提出瞬时氯离子扩散系数Dins的计算方法。通过开展RCM试验以及室内人工模拟海洋潮汐环境下的自然扩散试验,建立了氯离子扩散系数DRCM分别与Dins和Da之间的定量关系。（2）通过开展室内快速冻融循环试验和RCM试验分别探究了混凝土试件的抗冻性能和抗氯离子渗透性能。提出采用混凝土冻融损伤程度指标来反映冻融循环对混凝土中氯离子传输特性的影响,建立了混凝土冻融损伤程度指标与冻融循环次数之间的定量关系以及氯离子扩散系数DRCM与冻融损伤程度指标之间的定量关系。（3）通过开展室内快速冻融循环试验和人工模拟海洋潮汐环境下的自然扩散试验,探究了不同冻融循环次数后的混凝土试件内氯离子的传输规律。提出采用表面浓度冻融影响系数α和扩散系数冻融影响系数β来分别量化混凝土冻融损伤对表面氯离子浓度和瞬时氯离子扩散系数的影响,结合Fick第二定律建立了考虑混凝土冻融损伤影响的氯离子传输模型,并用试验结果验证了模型的正确性。（4）通过开展不同冻结最低温度条件下的室内快速冻融循环试验和人工模拟海洋潮汐环境下的自然扩散试验,研究了冻结最低温度对混凝土冻融损伤程度以及其内氯离子传输规律的影响。结合考虑混凝土冻融损伤影响的氯离子传输模型和混凝土冻融损伤程度随冻结最低温度的变化规律,建立了考虑混凝土冻融损伤和冻结最低温度影响的氯离子传输模型,并用试验结果验证了模型的正确性。（5）通过开展天津地区冬季室外自然冻融循环试验,探究了天然冻融循环条件以及室外氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下混凝土中氯离子传输规律。根据室内、外冻融循环过程中混凝土试件冻融损伤程度随冻融循环次数变化规律的对比,初步确定了混凝土抗冻性室内外关系。通过在考虑混凝土冻融损伤影响的氯离子传输模型中引入混凝土冻融损伤程度时变规律,建立了适用于室外氯盐侵蚀-冻融循环耦合作用下的混凝土中氯离子传输模型,并对模型进行了温度修正,最后用试验结果验证了修正模型的正确性。

关键词： 碳酸盐、硫酸盐、混合盐重塑盐渍土   冻融循环   抗剪强度   结构特征   机理分析   Duncan-Chang模型  

摘要： 吉林西部属于典型的季节性冻土区,该区的盐渍土总面积达1.5×10～4km2。为促进农业发展,提高区域经济水平,以及充分利用土地资源,吉林省启动了“吉林省西部土地开发整理项目”。越来越多的工程建设活动被提上日程,但该地区盐渍土引发的一系列土体盐胀、冻胀及建筑材料腐蚀等问题都妨碍了工程的顺利开展:如引水灌溉工程出现大变形、稳定性差等问题;路基边坡的挡土墙发生断裂问题;盐渍土地基经历反复冻融作用而发生强度衰减,导致承载力不足等问题,会直接影响工程建筑的稳定性。因此,对冻融循环作用下吉林西部盐渍土在不同含盐状态下进行强度特征的研究是十分必要的。以吉林西部农安县盐渍土为研究对象,在掌握研究区土体物质组成及基本性质的基础上,对重塑土样开展冻融循环、不固结不排水三轴剪切、颗分、压汞及扫描电镜试验;分析冻融循环与盐分对土体应力应变、强度参数、粒度成分、孔隙特征及微观结构的影响,并进行相应的机理分析;基于Duncan-Chang模型,定义强度影响系数,拟合强度衰减公式,得到以下6点主要研究结果:（1）研究了农安地区盐渍土物质组成及基本性质。研究区土体属于粉质亚粘土—粉质轻粘土、强碳酸盐渍土。40cm深度土层易溶盐总量最高,以碳酸氢钠和硫酸钠为主。（2）研究了碳酸盐、硫酸盐及混合盐重塑盐渍土的抗剪强度特征。碳酸盐与混合盐盐渍土的强度参数随含盐量的变化规律是:含盐量增加,粘聚力降低;0～60次冻融循环区间内,破坏强度和内摩擦角先减小后增大,拐点是2%含盐量;120次后,破坏强度和内摩擦角降低。硫酸盐渍土的抗剪强度参数随含盐量的增加而降低。土的粘聚力和破坏强度在0～10次快速下降,10～60次缓慢下降并趋于稳定,60～120次快速下降。内摩擦角在0～30次冻融循环区间内增加,30～60次区间内小幅度下降,而60～120次区间内又大幅度下降。土抗剪强度的排序是:碳酸盐盐渍土>混合盐盐渍土>硫酸盐盐渍土。（3）研究了碳酸盐、硫酸盐及混合盐重塑盐渍土的粒度成分特征。随着含盐量的增加:碳酸盐渍土的砂粒及粉粒先减少后增多,粘粒变化规律相反,拐点是2%含盐量;硫酸盐土样的砂粒减少,粉粒先增多后减少,粘粒基本不变;混合盐土样的砂粒减少,粉粒和粘粒增多。冻融循环使得土体砂粒和粘粒减少,粉粒增多。（4）研究了冻融循环对盐渍土孔隙分布特征的影响。随着冻融循环次数增加,土样的孔隙率增大,小孔隙和微孔隙所占百分含量减小,大孔隙所占百分含量增大,中孔隙含量先增大后减小,超大孔隙含量先减小后增大。（5）研究了农安地区重塑盐渍土的微观结构特征。冻融循环使得土体由紧密的絮凝状结构转变为松散的团聚状结构并使得结构单元体和孔隙的形状趋于等轴形,结构单元体从相对有序排列逐渐趋于无序排列。随着含盐量的增加,结构单元体和孔隙的形状逐渐趋于扁圆形和长条形,平均形态参数呈减小趋势。（6）阐述冻融循环对农安重塑盐渍土抗剪强度影响的机理,求取混合盐重塑盐渍土的Duncan-Chang模型参数,定义强度衰减系数,并进行了函数拟合。

关键词： 黄土   冻融循环   物理力学性质  

摘要： 黄土地区是我国西部大开发和"一带一路"战略的要地,近些年来在黄土地区实施的公路、铁路、市政、水利等领域的工程活动日益活跃,黄土高原工程项目基本上修筑于浅层黄土之上,浅层土体大面积暴露于自然状态下,潜在的冻融灾害也将随之增加。本文主要探讨了冻融循环作用对黄土物理性质的影响,为建筑行业相关人员提供一些参考性的意见。

关键词： 砂岩   冻融循环   电镜扫描试验   力学特性   微裂隙  

摘要： 通过对取自新疆阿勒泰某隧道的砂岩开展冻融循环试验,在-25℃下冻结9 h,(20±2)℃下融解5 h,为一个冻融循环过程,对岩样分别进行0、5、10、20、30、40、50、60、80次冻融循环。然后,进行单轴压缩试验和电镜扫描试验,得到经历不同次数冻融循环后的饱和砂岩破坏特征、应力-应变曲线、弹性模量、泊松比,并分析该砂岩物理力学特性和破坏断口微裂纹演化与冻融条循环次数之间的关系。结果表明:随着循环次数的增加,该砂岩岩样弹性模量呈不同程度降低趋势,峰值应变呈逐渐增大趋势,而泊松比呈先增加后减小趋势,微裂纹长度、宽度及面积不同程度呈增大趋势,使砂岩损伤劣化不断加剧。

关键词： 混凝土   超低温   冻融循环作用   上下限温度   弹性模量   峰值应变  

摘要： 通过混凝土经历两种超低温冻融循环作用工况的试验,探究混凝土超低温冻融循环作用下的受压变形性能。结果表明,随冻融循环作用次数的增加,超低温冻融循环作用上限温度时,因冻融损伤的累积效应使混凝土的弹性模量和峰值应变分别呈下降和增大的变化趋势;而超低温冻融循环作用下限温度时,因混凝土孔隙水结冰作用明显、产生的影响对冲了冻融损伤的累积效应使混凝土的弹性模量保持不变或略有增长、峰值应变变小。超低温冻融循环作用导致的混凝土弹性模量损失与其降温引起的峰值应变增长量有良好的对应关系,而超低温冻融循环的上限温度是否回到常温对混凝土受压变形性能的影响则不大。这些可为可靠地设计LNG类储罐预应力混凝土结构提供依据。

关键词： 钢筋混凝土电缆排管   材料的力学特性   腐蚀冻融循环   抗剪  

摘要： 为研究埋设在地下的钢筋混凝土电缆排管耐久性问题,通过快速腐蚀冻融循环试验,分析了其对钢筋、混凝土材料的力学特性以及构件抗剪性能的影响。结果表明,经过腐蚀冻融循环后,钢筋的屈服强度和极限拉伸强度降低;混凝土性能呈现明显劣化;构件的抗剪承载力、刚度、延性和裂缝开展表现为明显的退化。

关键词： 水利工程   土质河堤   粉砂土   冻融循环  

摘要： 为了分析粉砂土河堤的稳定性,基于静三轴试验方法,对不同含水量粉砂土的内摩擦角、黏聚力和抗剪强度进行了试验测试,分析不同含水量的压实粉砂土在经历0~16次冻融循环后的宏观力学特性变化规律。结合静三轴试验结果,基于ANSYS有限元模型,计算不同填筑高度和不同填筑坡度的粉砂土河堤在经历不同冻融循环后的稳定系数。分析结果表明,随着河堤高度的增大,其稳定系数受冻融循环的影响逐渐增强;经历3~6次冻融循环之后,粉砂土河堤的稳定系数下降明显,之后呈现出一定的波动规律;在前3次冻融循环过程中,土质河堤稳定系数下降明显,之后呈现出一定的波动规律。