关键词： 冻融循环   长期强度   组成结构   相关性分析  

摘要： 我国作为全球第三大冻土国,多年冻土和季节性冻土的分布面积占了全国陆地总面积的2/3。随着国家发展战略规划的推进,冻土工程建设日益增多,但大气温度的周期性变化使得土体的性质发生了较大变化,直接影响到冻土工程地基基础的稳定性。由于冻土的长期强度是判定冻土工程地基承载力与稳定性的基本依据,因此,研究冻融循环作用下冻土的长期强度变化规律及其相关影响因素对寒区工程建设具有极其重要的意义。本研究通过室内试验方法,选取重塑黄土为研究对象进行冻融循环试验,分别对经历不同冻融次数黄土的组成、结构、物理性质及长期强度进行测试,并对各参数与力学指标进行相关性分析,得到影响长期强度变化的关键因素。试验结果表明：反复冻融作用下,样品中砂粒级颗粒数量增多,粉粒级和粘粒级颗粒则略有减少,同时,细颗粒间的小孔隙逐渐转变为粗颗粒间的大孔隙结构,土样的颗粒组成、排列联结发生了明显变化；组成与结构的变化直接影响到了土样的物理性质,反复冻融后黄土的孔隙比增大,密度减小,而液限、塑限以及塑性指数均降低；随着冻融循环次数的增加,冻土的长期强度先增大后降低,前10次的变化幅度较大,其中冻融循环8次时长期强度最大,之后逐渐降低；相关性分析显示,土样颗粒组成与冻土长期强度的相关关系较孔隙结构更为密切,尤其是黏粒百分含量,其与长期强度之间呈极显著负相关,因此,黏粒含量是决定冻土长期强度的关键因素。

关键词： 冻融循环   钢筋与再生混凝土   粘结性能   重复荷载  

摘要： 钢筋与再生混凝土间具备可靠的粘结性能是保证二者协同工作的基础,粘结破坏将直接影响结构整体的安全性。而冻融破坏广泛存在于我国三北地区的桥梁、道路、水工等各类结构中,研究冻融环境下钢筋与再生混凝土的粘结性能是决定再生混凝土能否应用于冻融环境中的关键问题之一。本文完成21组63个试件的单向拉拔试验,以再生粗骨料取代率r?0%、30%、50%为试验变量设计对比试验,研究其在经历0次、50次、100次、150次、200次、250次及300次快速冻融循环作用后粘结性能的退化规律,分析其极限粘结强度、界面粘结强度、粘结刚度等评价粘结性能的指标随冻融循环次数的退化规律,并对比三种混凝土的异同,在此基础上给出一种经历冻融循环后再生混凝土临界锚固长度的取值建议方法。为研究经历冻融循环作用后钢筋与再生混凝土的粘结应力分布状况,完成3组9个钢筋内贴应变片试件的单向拉拔试验,测试得到经历200次冻融循环的三种再生骨料取代率的再生混凝土与钢筋在不同荷载水平下的粘结应力的分布状态,并通过建立粘结应力位置函数比较不同类型混凝土与钢筋粘结应力分布的异同及原因。此外,鉴于受冻融影响严重的桥梁、道路及某些水工等实际工程结构往往承受动力荷载,而动力荷载本身便是加速钢筋与混凝土粘结性能退化的因素,因此本文完成4组12个试件的重复加载拉拔试验,以研究在动力荷载和冻融循环耦合作用下钢筋与再生混凝土的粘结性能退化规律,试验中以再生骨料取代率为50%和冻融循环次数为0次、100次、200次及300次作为试验变量,在重复荷载作用下的拉拔试验,通过引入重复荷载加速损伤系数的概念对比其与单向加载时粘结性能随冻融循环次数增加的退化规律,并简要分析其损伤机理。基于本次试验所配的引气再生混凝土,本文较为成功地完成了各项试验内容,得到考虑冻融作用影响的粘结-滑移曲线,通过对大量试验数据的分析比对,对冻融循环后钢筋与再生混凝土的粘结性能的退化规律及其破坏机理有了一定的判断和认识。

关键词： 冻融循环   约束   泥质白云岩   力学特性   应力损失  

摘要： 贵州是一个多山的省份,西部基础设施建设越来越多,各种边坡工程、基坑支护、隧道工程等使得原来处于地下的岩石暴露出来,越来越多的劣质岩石进入了人们的视野。在寒区冻融环境条件下的岩体工程中,温度的变化对岩石稳定性影响是一个不可忽视的重要因素。本文以贵州省常见的白云岩为研究对象,研究约束泥质白云岩在冻融循环作用下的力学特性,为寒区岩体工程的设计、施工和维护安全运行提供理论依据,具有重大的现实意义和理论意义。本文是建立在2个主要试验的基础之上,一是传统的冻融循环试验,二是预应力损失观测试验。冻融循环试验取7组岩样,在饱水状态下进行室内快速冻融循环试验,冻结和融化各12小时为1周期,总共循环30周期。在循环过程中,通过观察记录岩样的外观变化情况,并跟踪其质量和纵波波速等物理特性参数;另外对每增加5个循环周期进行了单轴压缩试验,从而获得岩样的单轴抗压强度、单轴压缩弹性模量等力学特性参数,得出了泥质白云岩在冻融循环作用下物理参数和力学参数的变化规律。预应力损失观测试验是本文的一个主要创新点,这个试验中也实现了一种对岩体施加约束的方法。在试样两端放置两块10mm厚的方形钢板,钢板通过4根高强度螺杆连接,通过调节螺栓的松紧来改变施加应力的大小。对这种施加了约束的岩样进行冻融循环试验,在螺杆上贴上应变片,采用江苏东华测试技术股份有限公司生产的DH3816N静态应变测试系统采集螺杆的应变,其变化规律反应了预应力的衰减规律。试验结果表明:泥质白云岩在冻融循环作用下有明显的损伤劣化现象,岩样纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等参数呈现明显的下降趋势。约束岩体的预应力损失呈现比较明显的规律性,即循环周期的初始段和结束段损失比较明显,中间段变化比较小,本文对这种规律性做了初步的分析探讨,认为预应力会受到岩体自身性质和外部自然环境双重因素的影响。

关键词： 冻融循环   边坡   稳定性   数值分析  

摘要： 我国是世界上冻土分布面积的第三大国。随着工程的建设,将会面临越来越多的寒区边坡稳定性问题。在我国,研究冻融循环对寒区边坡稳定性的影响具有十分现实而重要的意义。本文以黑龙江某露天铜矿岩质边坡稳定性分析为依托,以理论研究和数值分析相结合的手段,展开对季节性冻土地区边坡稳定性评价的研究。借助岩土领域的有限差软件FLAC3D进行应力场、温度场、水分场三场耦合,分析计算了黑龙江露天铜矿岩质边坡在冻融循环过程中的稳定性变化。取得的主要成果与认识如下:1、在分析露天矿边坡特征和水文地质工程地质条件的基础上,提出了影响边坡的稳定性主要因素。利用极限平衡理论,使用Geostudio软件在自然、降水等不同工况下对典型的边破剖面进行稳定性评价,并得出相应的安全系数;2、建立矿坑的三维数值模型,利用强度折减理论,通过使用Flac3D软件对边坡稳定性作出评价,并将得出的结果和极限平衡理论的计算结果进行了对比分析;3、针对矿区的特点,模拟了冻融循环条件对边坡稳定性的影响。冻胀力的存在很大程度上影响了边坡表层的应力和变形,随着季节性冻融循环的不断进行,可能导致边坡发生失稳破坏。

关键词： 冻融循环   正截面承载力   应力-应变曲线   等效矩形应力图   计算方法  

摘要： 混凝土结构作为我国基础建设中的主导结构,至今已普遍应用于很多领域。我国幅员辽阔,并且随着时代的发展,混凝土结构的服役环境也越来越复杂,影响混凝土耐久性的破坏作用也越来越复杂,其中,冻融破坏最为常见。因此,研究混凝土在冻融环境中的力学和变形性能,对充分发挥材料强度、提高设计水平、降低工程造价具有十分重要的意义。本文作为国家自然科学基金项目《冻融循环作用下混凝土及预应力混凝土结构的受力性能研究》(50978224)的后续部分,展开了对冻融循环作用下混凝土材料受压、受拉性能的试验研究,主要工作内容如下：1、对冻融循环作用后的受压应力-应变曲线进行分析,建立了冻融循环作用后混凝土受压的应力、应变与混凝土强度等级和冻融循环作用次数相关的经验公式,并与实测结果进行对比分析,结果较为一致；2、对冻融循环作用后的受拉应力-应变曲线进行分析,建立了冻融循环作用后混凝土受拉的应力、应变与混凝土强度等级和冻融循环作用次数相关的经验公式,并与实测结果进行对比分析,结果较为一致；3、在此基础上,借鉴混凝土等效矩形应力图形的建立方法,得出考虑冻融循环作用次数的应力系数砰的修正公式,并采用《混凝土结构设计规范》(GB/T 50010-2010)的正截面承载力计算方法计算出梁正截面受弯承载力M和柱正截面受压承载力N,并与试验结果进行对比分析,结果较为一致。结果表明,采用前述分析方法得出的计算结果与实测结果较为吻合。通过引入冻融循环作用次数建立的正截面承载力计算公式可以有效地对正截面破坏进行预测。

关键词： 预应力混凝土   冻融循环   预应力变化曲线   耐久性   数值分析  

摘要： 预应力技术的应用使得很多从前难以实现的建筑形态成为可能,因其更能满足人们对大跨度大开间以及美观等要求。例如:位于西班牙的巴塞罗那贸易中心,其长度为70米,其中最长一跨就有23米,属于典型的大跨度结构建筑;位于法国东部斯特拉斯堡的欧洲会议中心,为了同时满足设计师们对结构抗震性能的要求与突出特色的美观要求,就采用楼板中施加预应力钢筋的方法来实现无伸缩缝的环形建筑。预应力结构的优点很多,它的抗裂性好,变形小,还可以通过节省建筑材料从而减轻结构的自重。正是由于预应力的存在,使得很多结构的安全性得到大幅度提高。然而,随着使用时间的增加,预应力结构中的有效应力逐渐降低,当外界环境不利时,预应力的下降会呈现出更快的趋势。混凝土是结构工程中应用范围最为广泛的一种材料。由于混凝土本身为热惰性材料,所以混凝土结构在温度变化下会产生非线性的温度场,这种温度效应对建筑工程的潜在威胁,已经开始被越来越多的学者们所重视。最近,混凝土的耐久性这一话题成为了人们的研究热点,包括混凝土的碳化,化学侵蚀,冻融循环,表面磨损等。其中,结构耐久性的一个重要研究方向就是对混凝土结构在冻融循环作用下的研究。对于预应力混凝土结构,在冬夏交替、冷热往复的自然环境中,导致混凝土弹性模量的下降,为预应力带来不可忽视的损失,使结构的可靠性以及耐久性不能得以保障,极大地威胁到结构寿命的长短,甚至成为结构破坏的主要因素之一。本文重点对预应力钢筋混凝土在冻融循环作用下的预应力损失进行了理论分析与试验论证,通过大量试验数据的积累与分析,绘制不同试验环境下的预应力损失曲线,从所绘制曲线中直观地看出预应力在冻融环境下与非冻融环境下的变化差别,得到冻融环境下额外损失的预应力占总损失的百分比,找寻预应力损失的变化趋势。利用ABAQUS软件进行数值分析,模拟不同强度混凝土对预应力损失的影响,证明试验结果的正确性与可行性,针对冻融循环作用下预应力混凝土结构的预应力损失问题进行深入的探讨与透彻的分析,并对试验结果进行补充。

关键词： 混凝土   循环   试验  

摘要： 我国北方冬季气候寒冷,混凝土结构长期暴露在自然环境中,使得混凝土遭受着较为严重的冻融循环破坏,冻融循环引起的耐久性损伤问题已经不容忽视,试验将研究冻融作用下混凝土性能的变化规律。

关键词： 聚丙烯纤维混凝土   冻融循环   损伤   强度   动弹性模量  

摘要： 冻融破坏是我国北部寒冷地区混凝土结构的主要破坏形式,是由于材料内部正负温度差交替作用而产生的结构劣化现象。普通混凝土因为其抗冻性能较差,在冻融作用下使用寿命大幅度降低,不足以满足寒冷地区混凝土耐久性要求。聚丙烯纤维具有抑制混凝土微裂缝发生及发展等特点,聚丙烯纤维混凝土冻融作用下的抗冻性能是本文研究的重点。在一般情况下,材料内部存在初始损伤,材料的冻融劣化过程实际上就是这种微缺陷、微裂缝发展直至形成宏观裂缝,最终导致材料整体破坏的过程。而损伤力学恰是研究材料微缺陷发生和发展并最终导致材料破坏的过程和规律的学科。所以本文采用损伤力学的理论方法研究纤维混凝土冻融损伤过程及抗冻性能。本文进行了不同纤维掺量的聚丙烯纤维混凝土冻融试验,纤维掺量分别为0%、0.75%、1.5%,当冻融循环次数为25、50、75、100、125、150、175、200时,分别测量不同纤维掺量试件的质量、动弹性模量、抗压强度和三点弯抗折强度,对不同纤维掺量试件冻融损伤程度进行对比分析,并研究了纤维混凝土力学性能随冻融过程的衰减规律。本文基于混凝土损伤力学研究现状,总结国内外学者对混凝土损伤力学的研究,介绍具有代表性的混凝土损伤模型。分析了混凝土冻融损伤机理及聚丙烯纤维对混凝土材料抗冻性能的增益机理。通过混凝土冻融损伤特征的研究,发现冻融损伤从其特征及其作用方式上与疲劳损伤类似,且具有随机性,损伤随机变量满足一定分布规律。本文利用Weibull分布模型,建立材料冻融损伤本构关系,通过试验数据拟合方法,估计模型参数,从而建立不同纤维掺量聚丙烯纤维混凝土损伤模型,并绘制损伤演化趋势曲线。最后根据冻融作用下纤维混凝土力学性能衰减规律,建立冻融作用下纤维混凝土的力学衰减模型,并结合损伤模型探讨了损伤与强度的关系。本文研究结果表明,1.5%纤维掺量混凝土抵抗冻融损伤能力最强,素混凝土最弱;0.75%掺量混凝土抗压性能最差,抗折性能相较于素混凝土有明显提升;1.5%掺量混凝土抗折强度相较于0.75%掺量混凝土变化不明显。总体来看,聚丙烯纤维的掺入明显改善了混凝土抗冻性能,尤其是抵抗冻融损伤的能力。

关键词： CFRP   表层嵌贴   冻融循环   影响因素   粘结性能  

摘要： 近年来,碳纤维增强塑料(CFRP)加固混凝土结构得到了飞速的发展,相比表面粘贴CFRP加固方法而言,表层嵌贴(Near Surface Mounted,简称NSM)CFRP加固技术具有材料利用率高、耐久性能好等显著优势,在工程加固领域具有很好的应用前景。然而CFRP-混凝土的界面粘结失效机理至今没有得到很好的解释,特别是冻融循环作用下的粘结失效机理更是鲜有报道,很有必要对其开展相关研究。为此,本文进行了33个CFRP-混凝土试块的单剪试验,通过考察冻融循环次数、混凝土性能、CFRP板粘结长度、槽壁厚度以及埋深等试验参数,研究了冻融循环作用下表层嵌贴CFRP-混凝土极限荷载、破坏形态、粘滑曲线、粘结失效机理等。研究结果表明:1.随着冻融循环次数的增加,C30混凝土强度逐渐降低,而C60混凝土强度却有所增加,但其增长率逐渐降低,表明冻融循环作用下C60混凝土存在二次养护效应。2.随着冻融循环次数的增加,粘结试件的破坏模式逐渐由CFRP板条拉断破坏转变为树脂胶-混凝土界面和CFRP-树脂界面剥离破坏,且极限荷载均有所降低。表明冻融循环对粘结试件造成了明显不利影响的同时,也说明其对树脂-混凝土的界面损伤率大于CFRP-树脂胶。而提高混凝土强度可以显著改善树脂胶-混凝土的抗冻融性能。3.经过冻融循环后,40mm槽边距试件薄壁混凝土发生剥落的程度明显增加,极限荷载也显著降低,表明冻融侵蚀环境下的最小槽边距应该大于40mm。此外,相比300mm粘结长度,冻融环境下粘结长度取250mm时CFRP板的强度利用率也较高,而粘结长度取450mm(4.5mm厚CFRP)时的界面粘结性能则出现明显降低。4.室温环境下CFRP板条埋置深度变化对界面粘结性能没有较大影响,经历冻融侵蚀作用后,CFRP板三面粘贴时试件不会遭受较大侵蚀,而CFRP部分外露对试件界面粘结性能有较大影响。5.分析了冻融循环对表层嵌贴CFRP-混凝土界面粘结滑移本构关系的影响,建立了考虑冻融侵蚀作用的粘结承载能力计算模型。