基于损伤理论混凝土材料在冻融作用下的本构模型研究

发布时间：2020-11-19 13:12

　　 随着混凝土结构服役年限的增加,混凝土材料耐久性问题日益严重。特别是对于我国北方部分寒冷地区,混凝土材料的冻融损伤更是影响结构耐久性的主要因素。本文以混凝土材料抗冻耐久性为研究背景,以探究混凝土冻融损伤演化规律为目的,开展冻融循环作用下混凝土材料本构模型的研究,主要研究内容如下:1、根据混凝土材料的基本受力特征,研究基于Lee-Fenvas屈服准则的混凝土弹塑性损伤本构模型,建立屈服准则的内聚力函数修正方法,利用有限元软件ABAQUS平台,编制UMAT材料子程序并进行数值计算,通过与参考试验结果对比分析验证本构模型的有效性,同时建立修正参数的取值方法。2、通过对混凝土冻融参考试验的实测结果统计分析,研究冻融循环作用下混凝土材料力学性能劣化模型,建立混凝土材料在冻融循环作用下的材料劣化本构模型,并通过数值计算结果与相关试验数据对比分析验证该本构模型的有效性。3、基于混凝土材料在冻融循环作用下的材料劣化弹塑性损伤本构模型,开展冻融循环作用下钢筋混凝土柱构件的抗震性能模拟,通过模拟结果与未考虑冻融劣化本构模型的模拟结果及试验结果分别进行对比,验证该本构模型的适用性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文冻性、抗渗性与抗侵蚀性等是混凝土材料耐久性指标耐久性损伤可以分为两大类，分别为化学作用导致的伤，如图 1-1 所示。化学作用的损伤类型包括钢筋锈骨料反应以及受硫酸盐侵蚀与氯离子侵蚀等。物理作材料冻融破坏以及表面的磨损与冲蚀等。域辽阔，属于温带大陆性气候，四季分明。在冬季，冻期。如图 1-2 是我国某年 1 月份平均温度的分布图整个东北地区、部分西北与华北地区在 1 月份的平均，这些地区的混凝土工程建筑物均有可能受到冻融循构的破坏。东北地区对于混凝土结构建筑物冻融循环破示，绝大多数混凝土结构工程都遭受着不同程度的冻的经济损失。

了 0°C 以下，这些地区的混凝土工程建筑物均有可能受到冻融循环作用的影响从而造成结构的破坏。东北地区对于混凝土结构建筑物冻融循环破坏尤为严重，如图 1-3 所示，绝大多数混凝土结构工程都遭受着不同程度的冻融损伤，由此造成了巨大的经济损失。图 1-2 我国某年 1 月份平均温度分布图

此假说认为混凝土材料的冻融破坏归因于混凝土材料孔隙中的静水压力[8, 9]，如图 1-4 a)所示。混凝土材料中的孔隙溶液在达到一定温度以下时，会由体积相对较小的液体状态转化为体积相对较大的固体状态，持续凝结的固态部分会不断挤压液态部分的空间，使液态部分不断转移，不断克服孔隙通道周围的粘滞阻力，随着循环次数的增加，损伤逐渐积累，最终达到破坏应力，破坏了混凝土材料内部的孔隙结构。此假说与试验现象比较符合，同时得到了大量学者的支持。随着研究的深入，学者们逐渐发现，在完全饱水时对于孔隙率较高的材料，静水压假说已经不再适用。于是在 1975 年，Powers 等人提出了渗透压假说，渗透压假说认为混凝土材料冻融破坏起源于孔隙溶液间的浓度差[10,11]，如图 1-4 b)所示。由于凝结区的溶剂变成固态，溶液浓度上升，与未凝结区域产生浓度差，进而产生渗透压，导致溶剂从未凝结区转移到凝结区，从而需要克服孔隙通道中的粘滞阻力，随着循环次数的增加，损伤不断累积，最后达到破坏应力。渗透压假说与静水压假说实质上都认为破坏是由于孔隙内部溶液转移的结果，静水压假说认为孔隙内部溶液由凝结区转移向未凝结区，而渗透压假说认为孔隙内部溶液是由未凝结区移向凝结区。
【参考文献】

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本文编号：2890054