疲劳荷载与环境耦合作用下混凝土氯离子传输行为及模型研究
本文关键词：疲劳荷载与环境耦合作用下混凝土氯离子传输行为及模型研究 出处：《长安大学》2017年博士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：氯离子侵蚀导致混凝土结构服役性能劣化成为影响混凝土耐久性的主要问题之一。荷载和外部环境是影响道路、桥梁混凝土抗氯离子侵蚀能力的主要因素,研究疲劳荷载与环境耦合作用下混凝土内部氯离子传输规律及建立相应的氯离子传输模型具有十分重要的意义。因此,论文通过试验研究与理论建模相结合,对疲劳荷载与环境耦合作用下混凝土氯离子传输行为进行研究,主要研究内容及创新性成果如下:通过选取机械式腐蚀疲劳试验装置,制定完善的试验方案,采用氯离子浓度、侵蚀深度等测试方法,研究硫酸盐溶液浓度、疲劳荷载(应力水平、加载频率、溶液浓度)对混凝土氯离子传输行为的影响。对混凝土表观表面氯离子浓度和扩散系数时变规律进行了系统的研究。拟合得出了表观表面氯离子浓度时变规律模型并分析各影响因素对表观表面氯离子浓度稳定值及累积速率系数的影响。在表观扩散系数的基础上引入影响效应系数K,分析了疲劳荷载作用下混凝土抗氯离子渗透性劣化规律。根据混凝土断裂力学和损伤力学理论,经过对氯离子扩散路径的划分、基于裂纹因子扩散系数表征、疲劳荷载参数引入等步骤,建立了疲劳荷载氯离子扩散系数模型并进行修正。在模型基础上分析了应力水平等参数对氯离子迁移速率的影响。根据氯离子在混凝土中的传输机制及疲劳累积损伤理论,建立了疲劳荷载作用下混凝土氯离子传输模型,并给出模型解析解。通过室内试验对模型的合理性进行验证,并深入分析了应力水平、加载频率、温度等对混凝土氯离子的侵蚀规律的影响。通过完善的试验设计及参数优化,进行疲劳荷载作用下非饱和混凝土氯离子传输规律研究。分析了干湿制度、应力水平等因素对混凝土氯离子浓度、侵蚀深度、表面氯离子浓度及时变规律的影响。通过表面氯离子浓度时变规律进行拟合,结果发现指数型拟合良好。通过对扩散系数时变规律及影响因素K分析可知,高应力水平疲劳荷载对混凝土抗氯离子渗透性能作用明显。根据氯离子在混凝土中的传输机制,考虑干湿交替过程中水分传输的差异,推导得出氯离子在非饱和混凝土中传输的对流-扩散控制方程。在混凝土疲劳荷载扩散系数模型基础上,给出了水分扩散系数疲劳荷载影响系数方程,结合干湿交替作用下混凝土氯离子对流-扩散控制方程,推导得出了疲劳荷载与干湿交替耦合作用下混凝土内部水分传输方程和氯离子传输控制方程。采用精度高的Crank-Nicolson格式对水分扩散方程、氯离子对流-扩散方程进行差分,并用MATLAB软件编程进行数值求解。试验结果与模型计算结果吻合良好,根据所建模型,分析了应力水平、加载频率、温度、初始饱和度等对混凝土内部氯离子分布规律和对流区深度的影响。与纯干湿交替混凝土氯离子传输规律相比,疲劳荷载的引入使得混凝土各层氯离子浓度和对流区深度明显增加。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU528
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，本文编号：1328838
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