多场耦合下路面混凝土细观裂缝的演化规律

细观裂缝的演化与空间展布规律是影响路面混凝土耐久性的关键因素.为明确寒冷地区路面混凝土在实际工作环境下结构内部微裂缝的萌生、扩展、压缩等演化规律,基于多场疲劳试验,针对路面混凝土内部结构进行了SEM、CT扫描及图像分割,通过对比分析荷载单场、荷载-冻融双场及荷载-冻融-干湿循环三场耦合下的裂缝面积密度、平均裂缝宽度、最大裂缝长度及盒分形维数特征,从细观尺度揭示了不同荷载水平、耦合方案下微裂缝的动态损伤发展规律.结果表明:单荷载作用下,随荷载次数增加,最大裂缝长度呈萌生-闭合-延伸交替变化,宽度表现为压缩-扩张交替变化,分形维数先增后减;荷载-冻融双场耦合引发的结晶膨胀应力促使裂缝面积密度及最大裂缝长度单调增加,80%荷载水平时,混凝土在较小裂缝长度、宽度下便发生疲劳破坏;荷载-冻融-干湿循环三场耦合下,附加干缩应力沿裂缝方向产生收缩应力,在垂直裂缝方向产生压缩应力,促使裂缝沿长度方向延伸,宽度减小,同时伴随更多微裂缝成核.     

含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理

为获得含脱空水泥混凝土路面交通荷载下的疲劳损伤机理,开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,并研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响.研究结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅逐渐减小,路面结构的荷载应力也逐渐减小.随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系.     

湿热-疲劳作用下水性环氧树脂桥梁混凝土裂缝演化

为探索湿热地区桥面板混凝土裂缝结构的演化规律,设计了湿热-疲劳耦合加载试验,借助扫描电镜SEM和Image-Pro Plus软件,分析了荷载单因素及湿热-疲劳耦合作用下桥面板混凝土裂缝结构参数的变化规律,揭示了混凝土细观裂缝的演化过程和水性环氧树脂混凝土的改性机理。结果表明：在荷载单场作用下,裂缝面积密度随作用次数单调增加,裂缝沿长度方向延伸和闭合交替变化,裂缝宽度则呈压缩和扩张交替变化;在湿热-疲劳耦合下,混凝土细观裂缝结构演化过程为压缩变形,扩展和贯通三个阶段。水性环氧树脂混凝土组裂缝面积密度、最大长度和宽度相比基准组分别降低了23.44%、33.19%和26%,分形维数减小了0.017。水性环氧树脂在混凝土内部形成的柔性聚合物膜桥联于微裂缝之间,能有效抑制混凝土细观裂缝的延伸与扩展,提高桥面混凝土耐久性。     

复合盐溶液侵蚀与环境因素影响下混凝土耐久性研究进展

混凝土结构遭受各种盐离子侵蚀后,在远未达到其服役寿命时就破坏,位于恶劣环境下的混凝土还要同时遭到干湿循环、冻融、荷载等多重因素的影响,进一步加剧混凝土的损伤劣化.开展在复杂环境下受复合盐侵蚀的混凝土损伤劣化机理研究非常迫切,当前混凝土耐久性研究已逐渐转移到多因素共同作用所造成的耐久性损伤领域.针对复合盐溶液侵蚀作用下混凝土的耐久性能,对近年国内外相关研究成果进行回顾与分析.重点介绍了近年来关于混凝土在复合盐溶液与干湿循环、冻融、荷载等因素耦合作用下破坏机理和耐久性能试验研究成果,并对多因素耦合作用下混凝土耐久性研究进行了展望.     

现有沥青路面疲劳破坏分析

<正>在汽车轮载作用下,沥青路面长期承受拉、压应力重复循环变化,致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数后,荷载应力超过路面材料极限强度,路面出现裂缝,即为疲劳断裂破坏。疲劳损坏是沥青路面的主要破坏模式之一。目前沥青混凝土路面最常见的疲劳破坏现象有:裂缝和龟裂等,这些病害基本上也成为沥青混凝土路面疲劳破坏质量的通病。     

经受疲劳荷载与冻融循环作用后混凝土动态性能研究

采用微宏观结合的方法来研究疲劳荷载与冻融循环作用下混凝土动态性能的劣化规律和损伤机理,对混凝土试件先分别进行冻融循环、疲劳加载和先疲劳加载后冻融循环等3种损伤试验,再进行不同应变率下的单轴动态抗压试验.研究不同应变率下试件的表观损伤、质量损失、相对动弹性模量和抗压强度的劣化,并结合扫描电子显微镜(SEM)对损伤后的微观形貌进行机理分析.研究表明:仅受冻融作用和先疲劳后冻融作用时,随冻融次数的增加,试件的质量均呈先增后降的趋势,相对动弹性模量均呈逐渐降低趋势. SEM微观试验结果表明先疲劳后冻融作用下,冻融循环使得混凝土内部裂缝数量和宽度均有明显增加,导致混凝土抗压强度随冻融循环次数的增加而逐渐降低.先受疲劳荷载再受冻融循环作用的混凝土,在冻融次数和疲劳次数相同时,抗压强度随应变率的增加逐渐增大.相比混凝土仅受冻融循环作用,疲劳荷载历史对混凝土的抗冻性有显著劣化作用.受疲劳荷载和冻融循环作用后的混凝土具有明显的应变率效应,而且混凝土损伤越严重,其强度对应变率越敏感.     

复杂环境下CFRP加固高强混凝土梁力学性能研究

目的研究持续荷载、冻融循环、干湿交替共同作用下碳纤维增强复合材料(CFRP)加固高强混凝土梁的抗弯性能和退化规律.方法利用自制的持载设备给加固梁施加持续荷载并经过冻融和干湿腐蚀后,通过四点弯曲破坏试验分析持载等级、冻融次数及干湿次数对试验梁耐久性的影响.结果相较于参照梁,环境作用后的试件的开裂荷载与剥离荷载都有了不同程度的下降.冻融、干湿耦合条件下的试验梁的承载性能弱于只有持续荷载作用时的试验梁,持载、冻融、干湿共同作用时梁的剥离荷载变得更低.经过长时间的复杂环境作用,试验梁的极限挠度变化规律不明显,发生剥离时对应的挠度逐渐减小.结论冻融与干湿耦合作用下,试验梁的力学性能发生了退化,持续荷载的存在进一步加剧了试验梁的损伤程度.     

荷载-干湿交替-硫酸盐耦合作用下混凝土损伤过程

研究了弯曲荷载-干湿交替-硫酸盐三因素耦合作用下的混凝土损伤劣化过程,采用环境扫描电镜(ESEM)观察了耦合作用下的混凝土微观结构演变过程.结果表明,与单一硫酸盐侵蚀相比,弯曲荷载和干湿循环都加剧了混凝土在硫酸盐溶液中的损伤程度,但干湿循环的加速损伤作用更加明显.三因素耦合作用时,当荷载率低于40％时,干湿循环是加速混凝土损伤劣化的主要因素;而当荷载率达到60％时,荷载引起的力学损伤是导致混凝土劣化的主要因素.试验还表明,在荷载-干湿交替耦合作用下,混凝土强度等级越高其抗硫酸盐侵蚀能力越强,硫酸盐浓度越大混凝土损伤越明显,粉煤灰和矿粉等矿物掺合料可显著提高混凝土抗硫酸盐侵蚀能力.     

受疲劳荷载作用后的预应力混凝土构件冻融循环试验与损伤模型

对8根预应力混凝土梁进行受不同疲劳荷载后的冻融循环试验,研究疲劳荷载作用后预应力混凝土结构的冻融损伤特性.试验结果表明:荷载循环对预应力混凝土冻融损伤的发展有明显影响.运用损伤理论,对混凝土冻融损伤的疲劳效应问题进行了分析,并结合Aas-Jakobsen的混凝土材料疲劳寿命公式,引入疲劳效应影响因子(f(m)),建立了基于相对动弹模量的冻融损伤演化模型.结果表明:该损伤模型具有较高的精度,与试验结果吻合较好,适合工程应用.     

沥青加铺层抗反射裂缝足尺疲劳试验

针对水泥混凝土路面加铺改造后容易产生反射裂缝的缺点，采用大型疲劳试验台架进行不同沥青加铺层结构层抗反射裂缝的对比试验，模拟荷载作用下加铺层结构温度型和荷载型反射裂缝的产生和发展过程，评价了不同加铺层方案的防裂效果。结果表明：应力吸收层可有效消解水泥混凝土板块接缝处的应力集中现象，防止水泥混凝土面板由于温缩及荷载作用引起的加铺层反射裂缝；设置玻璃纤维格栅及土工布并不能很好的解决路面的反射裂缝问题。     

冻融后预应力混凝土构件疲劳损伤模型

通过7根预应力混凝土梁进行不同冻融循环次数后的疲劳试验,研究冻融环境下构件由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律,试验结果表明冻融作用对构件在疲劳荷载下挠度的发展起加剧作用,且随着冻融次数增多作用愈明显.在冻融循环和疲劳荷载的共同作用下,试验梁的剩余刚度在弯曲疲劳过程中呈现三阶段衰减规律,并且在第2阶段近似呈线性衰减,构件发生疲劳破坏时,其剩余刚度衰减至初始刚度的66%左右.根据损伤理论得到试验梁基于刚度衰减的累积损伤值D与循环寿命比n/Nf之间的关系模型,该模型考虑了冻融效应对疲劳累积损伤的影响,可为寒区预应力混凝土梁疲劳寿命预测提供有价值的参考.     

混凝土结构的损伤模型及损伤场分析

混凝土结构在外界因素如荷载、温度等作用下,将会产生应力和应变,根据损伤力学的概念,混凝土结构同时将会发生损伤并且产生损伤积累,从而导致材料性能不断劣化,最终产生宏观裂缝直至整个结构破坏.本文提出了一种损伤—应变耦合模型,可计算混凝土结构的损伤场随荷载变化的全过程.3点弯曲梁的算例表明,该模型的分析结果更符合混凝土结构的实际应力场和位移场变化情况,从而为复杂混凝土结构的损伤仿真分析研究奠定了基础.     

荷载作用下高强混凝土的抗冻性

混凝土的损伤是一个多因素复合作用的结果。本文研究了引气（ＡＰＣ）和非引气（ＮＰＣ）高强混凝土在三分点加荷受弯和冻融循环同时作用下的损伤过程、机理。通过０％、１０％、２５％、５０％４个荷载比例作用下混凝土的抗冻性比较，分析了荷载和引气对混凝土抗冻性的影响。结果表明，荷载和冻融循环双因素作用下，荷载比例较大时，混凝土试件的破坏主要是荷载在冻融引起的微裂缝处产生应力集中，使微裂缝迅速扩展造成混凝土破坏。     

旧混凝土路面加铺沥青层路面结构的有限元分析

水泥混凝土路面加铺改造后路面的破坏主要是由于反射裂缝造成的,如何延缓反射裂缝的发生是旧水泥混凝土路面加铺改造的难点。该文应用Ansys有限元软件分析了沥青加铺层路面结构在车辆荷载作用下的应力状态;通过改变加铺层厚度、加铺层模量及水泥混凝土模量,分析讨论了加铺层应力状态的影响因素,得出相应的结果,为路面加铺工程提供一些建议。     

CFL增强RC梁正截面抗弯疲劳设计

FRP材料在砼结构的加固工程中已得到广泛的应用,但现行加固规程主要采用静力作用下的极限状态设计方法,没有考虑疲劳荷载作用对结构性能的影响,在结构的使用中偏于不安全。通过对等幅循环荷载下碳纤维薄板(CFL)增强RC梁三点弯曲疲劳实验,得到CFL增强梁的刚度、挠度、混凝土裂纹扩展以及CFL与混凝土的界面的疲劳损伤演化规律,揭示了在等幅循环荷载下增强梁的疲劳破坏机理;通过对CFL增强RC梁正截面疲劳极限状态的分析,考虑施加的荷载幅值、疲劳破坏模式、FRP与混凝土的粘结应力对结构疲劳寿命的影响,提出了CFL增强RC梁在等幅循环荷载作用下的正截面抗弯疲劳设计方法。     

浅谈水泥混凝土路面断板产生原因及处理方法

水泥混凝土路面破坏始于裂缝,随着路面使用时间的增长及车辆荷载的加重,路面裂缝逐步严重,导致整个板体破坏,降低路基使用强度,最终减少路面使用寿命。因此,减少水泥混凝土路面断板现象是施工中重要的环节之一,必须加以重视。笔者根据多年从事水泥混凝土路面施工的工作经验,就水泥混凝土路面断板产生的原因及处理方法作简要分析。     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

本文基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果，通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正，建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型，以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型，考虑损伤因子的影响，较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大，混凝土最大受压损伤因子逐渐增大，损伤范围也逐渐扩大；最大主拉应力逐渐减小，中部压应力逐渐增大，等效塑性应变逐渐增大，混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态，可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。     

组合钢板梁负弯矩区疲劳损伤效应试验研究

为研究组合钢板梁负弯矩区的疲劳损伤效应,基于某常规跨径组合梁桥结构形式设计了2根不同配筋率组合梁试验模型,在倒置状态下开展了模型梁的初始开裂加载、疲劳加载及极限破坏加载试验,对试件的裂缝发展、挠度、应变等指标进行了观测和分析.试验结果表明,配筋率对组合梁混凝土开裂荷载影响较小,但对后期疲劳裂缝发展速率和裂缝宽度影响较大;疲劳荷载作用下,组合梁挠度和应变响应在达到稳定发展之前,会经历复杂的内力重分布过程,高配筋率试件相比于低配筋率试件有更长的内力调整期;2×106次疲劳试验后,组合梁整体刚度有轻微地退化,但钢梁未出现疲劳开裂.钢梁应变数据的观测以及损伤分析表明,钢梁中性轴指标能较好地反映组合梁负弯矩区的疲劳累计损伤作用.     

沥青路面线性疲劳损伤特性及形变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性并分析其形变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及其二次开发平台,建立考虑路面材料疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤和水平正应变的空间分布与演化规律,以及路表弯沉随荷载作用的演变规律.结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,基层层底与底基层层底损伤度随荷载作用均增加,但增加幅度逐渐减小;路面结构层内水平正应变在荷载作用下,靠近层底位置拉应变逐渐增大,但增加幅度逐渐减小,中性轴上移;路表弯沉在荷载作用下逐渐增大,但增加幅度逐渐减小.研究结果可为沥青路面结构设计、养护维修及长期性能预测提供理论支撑.     

冻融后预应力混凝土受弯构件最大裂缝宽度研究

试验研究了5根预应力钢筋混凝土受弯试件经历不同冻融次数后的力学性能. 通过对实验过程的分析及得到的荷载-挠度曲线,研究遭受冻融作用后预应力混凝土受弯构件使用阶段最大裂缝宽度随冻融次数的变化规律,参考规范法,将试验得到的最大裂缝宽度值与理论计算值进行对比,从而建立反映冻融影响的预应力混凝土受弯构件的最大裂缝宽度计算公式,在计算遭受冻融作用后的预应力混凝土受弯构件的最大裂缝宽度时,受力特征系数取1. 8更为合适. 这一结果为我国寒区的预应力混凝土结构的变形验算提供了参考.