学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

冻融及高温后混凝土多轴力学特性试验研究

作　者: 张众
导　师: 宋玉普
学　校: 大连理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 引气混凝土冻融循环高温破坏准则本构模型
分类号: TU528
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 563次
引　用: 4次
阅　读: 论文下载

内容摘要

冻融循环和高温使混凝土的强度降低，变形更为复杂，作为一种重要的承重材料，混凝土又广泛的应用于严酷的环境中，不可避免会受到冻融循环或高温的损伤。目前国内外虽有一些相关冻融循环及高温后混凝土力学性能的试验研究，但或者在某些方面尚不系统，如目前混凝土的抗冻指标与强度指标分别设计，缺乏引气混凝土经受冻融循环后强度降低规律的系统研究；或者仅是针对单轴应力状态而进行的，如冻融后引气混凝土的双轴力学特性、高温后普通混凝土的三轴力学特性、基于多轴试验的混凝土经受冻融循环、高温后的多轴本构模型等尚属空白。这些问题影响了人们对相应环境下混凝土力学特性的认识。本文结合国家自然科学基金项目《冻融条件下混凝土的多轴强度和破坏准则》(50479059)及辽宁省教委科研基金项目《恶劣环境因素下混凝土破坏准则和耐久性研究》(202390102)，进行了经受冻融循环及高温后混凝土力学特性的试验研究，主要内容如下：(1)进行了多种强度等级、多种抗冻等级引气混凝土的冻融循环试验，对满足抗冻要求的混凝土进行了单轴压试验研究，对比分析了其宏观、微观形态，系统地探讨了各强度等级引气混凝土经受冻融循环后强度劣化的规律，给出了混凝土经受冻融循环后的单轴立方体强度、棱柱体抗压强度与冻融循环次数的关系式，通过试验得到的尺寸折算系数，得到了冻融循环后不同抗冻等级引气混凝土剩余强度的计算公式，提供了方便工程应用的表格。(2)进行了冻融循环后引气混凝土等比例双轴压及双轴拉压试验研究，分别分析了冻融循环后引气混凝土的强度、变形和弹性模量与冻融循环次数及应力比的关系，根据冻融循环后引气混凝土强度包络线随冻融循环次数的变化规律，建立了主应力空间的破坏准则。(3)进行了冻融循环后普通混凝土等比例双轴压及双轴拉压试验研究，分别分析了冻融循环次数及应力比对普通混凝土的强度、变形和弹性模量的影响，给出了双轴压应力状态下，最大主压应力方向初始弹性模量的计算公式，根据冻融循环后引气混凝土强度包络线随冻融循环次数的变化规律，建立了主应力空间的破坏准则。(4)进行了高温后普通混凝土等比例双轴压及双轴拉压试验研究，分别分析了高温后普通混凝土的强度、变形和弹性模量与温度及应力比的关系，给出了相应的计算公式，根据高温后普通混凝土强度包络线随温度的变化规律，给出了主应力空间的破坏准则。(5)进行了高温后普通混凝土等比例三轴压试验研究，分析了高温后应力比、温度对混凝土强度和变形的影响，建立了三轴应力状态下高温后普通混凝土八面体应力空间的破坏准则，根据子午面及偏平面上八面体正应力与剪应力随温度变化的规律，并结合常温时混凝土三轴破坏准则，将高温后混凝土破坏准则的应用范围扩大到较高静水压力区。(6)分析了高温后普通混凝土应力应变关系随温度的变化规律，计算了双轴应力下压应力方向峰值应力点处的等效单轴应变，建立了高温后普通混凝土双轴等效单轴应变本构模型；得到了以应力不变量表述的双轴应力状态下的屈服函数，分析了高温后普通混凝土有效应力与有效塑性应变的关系，建立了高温后普通混凝土双轴相关联塑性硬化本构模型，编制了相应的非线性有限元程序CECFE，采用建立的本构模型进行了算例分析，计算结果在整体上与试验值有较好的一致性。(7)分析了冻融循环后引气、普通混凝土应力应变关系随冻融循环次数的变化规律，得到了双轴应力下压应力方向峰值应力点处的等效单轴应变、屈服函数、硬化函数及硬化参数，建立了双轴应力下的等效单轴应变本构模型和相关联塑性硬化本构模型，并进行了算例分析，计算结果与试验值具有较好的一致性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-24
  1.1 引言  13-14
  1.2 冻融循环后混凝土性能研究现状  14-19
    1.2.1 混凝土的抗冻性研究现状  14-18
    1.2.2 冻融循环后混凝土力学特性试验研究的现状  18-19
  1.3 混凝土高温力学特性研究现状  19-22
    1.3.1 高温下混凝土力学特性的研究现状  20-21
    1.3.2 高温后混凝土力学特性的研究现状  21-22
  1.4 本文的主要工作  22-24
2 不同强度等级引气混凝土单轴试验研究  24-46
  2.1 引言  24
  2.2 试验设计  24-27
    2.2.1 试件设计  25-26
    2.2.2 试验设备  26-27
    2.2.3 试验方法  27
  2.3 试验现象  27-31
    2.3.1 宏观形态  27-29
    2.3.2 微观形态  29-31
  2.4 试验结果与分析  31-45
    2.4.1 相对动弹性模量与质量损失  31-35
    2.4.2 立方体抗压强度与冻融次数的关系  35-38
    2.4.3 棱柱体抗压强度与冻融次数的关系  38-41
    2.4.4 折算为标准试件的强度  41-45
  2.5 本章结论  45-46
3 冻融循环后引气混凝土双轴试验研究  46-62
  3.1 引言  46
  3.2 试验设计  46-48
    3.2.1 双轴压试验  46-47
    3.2.2 双轴拉压试验  47-48
  3.3 冻融后引气混凝土双轴压试验研究  48-55
    3.3.1 试验现象  48
    3.3.2 试验结果与分析  48-55
      3.3.2.1 双轴抗压强度  50-51
      3.3.2.2 峰值应力处的应变  51-53
      3.3.2.3 最大主压应力方向的弹性模量  53-54
      3.3.2.4 破坏准则  54-55
  3.4 冻融后引气混凝土双轴拉压试验研究  55-61
    3.4.1 试验现象  55
    3.4.2 试验结果与分析  55-61
      3.4.2.1 双轴拉压强度  57-58
      3.4.2.2 峰值应力处的应变  58-59
      3.4.2.3 破坏准则  59-61
  3.5 本章结论  61-62
4 冻融循环后普通混凝土双轴试验研究  62-75
  4.1 引言  62
  4.2 试验设计  62-63
  4.3 试验结果与分析  63-73
    4.3.1 冻融后普通混凝土的宏观形态  63-64
    4.3.2 冻融后引气混凝土与普通混凝土的微观形态对比  64-65
    4.3.3 冻融循环后引气混凝土与普通混凝土的相对动弹性模量和质量损失  65-66
    4.3.4 双轴压试验研究  66-69
      4.3.4.1 抗压强度  66-67
      4.3.4.2 峰值应力点处的应变  67-68
      4.3.4.3 最大主压应力方向的弹性模量  68-69
    4.3.5 双轴拉压试验研究  69-71
      4.3.5.1 抗压、抗拉强度  69-71
      4.3.5.2 峰值应力点处的应变  71
    4.3.6 破坏准则  71-73
  4.4 本章结论  73-75
5 高温后普通混凝土双轴试验研究  75-86
  5.1 引言  75
  5.2 试验设计  75-76
  5.3 试验结果与分析  76-82
    5.3.1 双轴压试验研究  76-80
      5.3.1.1 抗压强度  76-77
      5.3.1.2 峰值应力点处的应变  77-79
      5.3.1.3 最大主压应力方向初始弹性模量  79-80
    5.3.2 双轴拉压试验研究  80-82
      5.3.2.1 抗拉、抗压强度  80-82
      5.3.2.2 峰值应力点处的应变  82
  5.4 破坏准则  82-84
  5.5 本章结论  84-86
6 高温后普通混凝土三轴试验研究  86-99
  6.1 引言  86
  6.2 试验设计  86-87
  6.3 试验现象  87-88
  6.4 试验结果与分析  88-97
    6.4.1 三轴强度与应变  88-90
    6.4.3 破坏准则  90-97
  6.5 本章结论  97-99
7 高温后混凝土双轴本构模型试验研究  99-127
  7.1 引言  99
  7.2 高温后混凝土双轴非线性弹性本构模型  99-116
    7.2.1 高温后混凝土双轴压应力应变曲线  99-101
    7.2.2 高温后混凝土等效单轴应变本构模型  101-106
      7.2.2.1 本构方程的增量形式  101-103
      7.2.2.2 高温后混凝土峰值应力点处的等效单轴应变  103-106
    7.2.3 高温后混凝土非线性弹性数值分析  106-116
      7.2.3.1 有限元方程  106-109
      7.2.3.2 等效单轴应变累加  109-110
      7.2.3.3 算例  110-116
  7.3 高温后混凝土双轴塑性硬化本构模型  116-126
    7.3.1 塑性硬化本构模型的增量关系  116-118
    7.3.2 塑性硬化本构模型的应力计算及单元刚度阵  118-120
    7.3.3 高温后混凝土的屈服函数及硬化函数  120-123
    7.3.4 高温后混凝土的硬化参数  123-124
    7.3.5 算例  124-126
  7.4 本章结论  126-127
8 冻融后普通、引气混凝土双轴本构模型试验研究  127-143
  8.1 引言  127
  8.2 冻融循环后普通、引气混凝土双轴等效单轴应变本构模型  127-133
    8.2.1 冻融循环后普通、引气混凝土双轴应力应变关系  127-128
    8.2.2 冻融循环后普通混凝土压应力方向峰值应力点处的等效单轴应变  128-131
    8.2.3 冻融循环后引气混凝土压应力方向峰值应力点处的等效单轴应变  131-133
  8.3 冻融循环后普通、引气混凝土双轴塑性硬化本构模型  133-140
    8.3.1 冻融循环后普通混凝土双轴屈服函数和硬化函数  133-135
    8.3.2 冻融循环后普通混凝土的硬化参数  135-137
    8.3.3 冻融循环后引气混凝土双轴屈服函数和硬化函数  137-138
    8.3.4 冻融循环后引气混凝土的硬化参数  138-140
  8.4 算例  140-141
  8.5 本章结论  141-143
9 结论  143-146
  9.1 本文的主要结论  143-144
  9.2 展望  144-146
参考文献  146-154
附录A CECFE类定义及成员函数声明  154-166
攻读博士学位期间发表学术论文情况  166-167
创新点摘要  167-168
致谢  168-169

冻融及高温后混凝土多轴力学特性试验研究

内容摘要

全文目录

相似论文