国内外混凝土冻融破坏研究现状

国内外混凝土冻融破坏研究现状

冻融对混凝土结构的劣化破坏

混凝土结构冻融破坏研究 桥梁与隧道工程1210 摘要：本文主要介绍了混凝土宏观和微观冻融的机理、混凝土构件冻融影响因素，通过对冻融破坏机理和影响因素分析，提出提高混凝土的抗冻性的对策 绪论 混凝土冻融破坏是由于混凝土中的游离水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，由于反复作用或内应力超过混凝土抵抗强度致使混凝土破坏。建筑材料的冻融行为，贯穿于人类社会的整个时代。也就是说，有了人类社会，就有了材料与结构的冻融行为。这对结构的维护和管理，无疑是一个很大的问题。在工业发展的过程中，对建筑材料的抗冻融抗除冰盐冻融的性能，进行了大量的摸索，建立了快速评价的经济方法。在此基础上又开展了混凝土冻融劣化、除冰盐冻融劣化机理研究。 混凝土冻融的机理 发生了宏观的应力 热膨胀系数不同 构成混凝土的水泥石和集料的热膨胀系数a T是很不同的,其在潮湿状态，水泥石和集料可能有不同点 表1-1 水泥石和集料的热膨胀系数 水泥石 集料 水泥石和冰的热膨胀不同而产生应力，在微小范围内，多次冻融循环进行过程中

有可能适应力进一步增长。水泥石和冰的不同热膨胀系数，清楚的显示出冻害劣化作用。通过扫描电镜检验，也证明了产生的应力使组织结构劣化。 层状的冻结 混凝土结构处于低温下，毛细管中的水分由热端向冷端迁移，也就是由内部向表面迁移。在受冻时混凝土表层先受冻，形成结冰层。在经过多次冻融循环下，混凝土表面发生剥离，又露出新的表面层，进一步剥离。这种部分的很大很深的剥落，是过去海水作用海岸钢筋混凝土结构物特有的一种冻融裂化形式。 温度急降的结果 除冰盐把雪和冰溶解时必须要有一定的热量。在混凝土道路上，在无风干燥的空气下也会有1000倍的蓄热量。故冰雪溶解时所需要的热量，混凝土表层温度急剧下降，从混凝土表面夺取热量，造成混凝土内部发生压应力和拉应力。微观劣化机理 水压 水的密度对温度来说，显示出一种特异的行为，水变成冰时，体积膨胀9%，也就是说，这时就必须排除相同体积的水。但是，在冰生成的周围都是饱和状态，没有适当缓和空间。按照powers的观点，发生了以水压力表征的内部压力。 当水压力超过了混凝土抗拉强度时就发生冻害。，水的压力大小，首先，被排除在周围没有膨胀的空间。因此，powers为了附加膨胀空间而掺入引气剂，而且气泡之间要有一定的距离，也就是气泡间隔系数。 水的压力还与受冻结水的量和冻融时冷却速度有关。在混凝土中有广泛深长的毛细管孔隙率与高的饱和度，冰形成速度高时，认为具有大的压力。但是试件中含水率91%以下时，也会导致劣化。对此powers认为，这是由于孔隙溶液最初在很大的孔隙中受冻的原因。然后冻结进一步进行，在比较小的孔隙中的溶液也开始受冻时，水的排除受到已有大孔隙中冰的阻碍。如果排除的水完全受到阻碍时，理论上认为发生的水压力是200N每平方毫米。 实际上发生的水压力非常小，因为冰的生成不是突然发生的，还有水泥石孔隙的水，并不是一次就完全冻结，而是处于不同温度下不同层次的冻结。即使如此，还必须考虑到特细毛细管受到前面已冻结冰的封堵，孔隙内还有液相存在，会再短的内压力可能达到峰值。

混凝土损伤的研究现状

混凝土结构损伤的研究现状 一、混凝土结构的损伤机制及分类 混凝土是由粗骨料、细骨料和水泥浆组成的非均质混合物，其表现出来的力学性能并不仅仅是这几种材料性能的简单叠加，而是与其内部的组成结构紧密相关。这一特点决定了混凝土材料的非均质性和物理性态的复杂性。这使得混凝土在承受外载之前，由于干缩、泌水等原因，已存在大量的微孔隙和界面裂缝，且这些缺陷的分布完全是随机的。当混凝土受到外界作用以后，弥散在材料内部的微裂缝开始逐渐长大，并随着荷载的变化，在部分区域出现贯通，直至形成宏观大裂缝。混凝土的破坏是结合缝的产生、成核、扩展、分叉、和失稳的过程。 混凝土具有微观、细观、宏观等不同的层次结构，以往对于混凝土的研究大多基于宏观层次，把混凝土均匀化为宏观均质连续材料，不考虑混凝土内部的细观结构及其演化。这种均匀化的处理方法对于研究混凝土结构的宏观力学性能无疑是行之有效的，但是要想深入研究混凝土的工作机理还应从混凝土的细观组成结构入手，抓住材料非均质性的特点，揭示混凝土结构宏观表现的内在机制。现在通常先在细观层次建立了混凝土的数值模型，分析混凝土损伤破坏机理，并以此为基础在宏观层次提出了混凝土损伤断裂理论分析模型，通过宏、细观两个层次的相互联系与补充对混凝的破坏行为进行研究。 从细观角度看，混凝土材料的力学特性是由其内部的细观结构及其变化决定的。作为一种典型的非均质材料，混凝土在多种尺度下都表现出了非均质性。根据复合材料的观点，将混凝土结构分为三级。第一级，即混凝土。可将砂浆视为基相，骨料视为分散相。骨料和砂浆的结合面为薄弱面，该处常因各种原因产生结合缝。混凝土的破坏首先从这里开始。第二级，即砂浆」将水泥视为基相，砂视为分散相。砂和水泥的结合面也是薄弱面，也产生结合缝，但其尺寸笔砂浆和骨料之间的结合缝至少小一个量级。第三级，即硬_ 化水泥浆。硬化水泥浆也不是匀质材料，其中包裹着一些未被水化的水泥颗粒及孔隙，他- 们就是缺陷。因此可将硬化水泥浆胶体视为基相，将这些缺陷视为分散相。水泥浆体的破坏可能从这些缺陷开始，裂纹由于克服硬化水泥浆分子间的引力而扩展。未被水化的水泥颗粒尺寸通常比砂和水泥浆的结合缝至少小几个量级。 从损伤力学的观点来看，如果混凝土体受到外界因素的作用，则混凝土体中原有损伤将会有所发展并会导致出现新的损伤，当损伤积累到一定程度时，混凝土体中将会出现宏观裂缝，而宏观裂缝的端部又将会发生新的损伤及产生新的损伤区，再经积累而引起裂缝的扩展，直至混凝土体的破坏，由上可见，混凝土的破坏过程实际上是损伤、损伤积累、宏观裂纹出现、宏观裂纹扩展交织发生的过程。 二、混凝土结构的破坏机理 在上述损伤机制下，混凝土的裂纹扩展存在四个阶段： （1）预存微裂纹阶段。即在混凝土成形过程中，由于水泥浆硬化干缩，水分蒸发留下裂隙等原因，使构件中预存原始微裂纹。它们大都为界面裂纹，极少量为砂浆裂纹，这些裂纹是稳定的。这些裂纹的存在是混凝土具有初始损伤的原因之一。 （2）裂纹的起裂和稳定扩展阶段。在较低的工作应力下，构件内部的某些点会产生拉应力集中，致使相应的预存微裂纹延伸或扩展，应力集中则随之缓解，如果荷载不再增加，

高性能混凝土的设计研究与发展现状

开题报告 高性能混凝土是在现代高强混凝土的基础上发展起来的。使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是使混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；后者能填充胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实度外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同时又充分利用了工业废料，有效地节约了资源和能源，减少了环境污染，符合绿色高性能混凝土的发展方向，促进了混凝土技术的健康发展。 高性能混凝土的定义最早在美国提出。1990年5月在美国马里，由美国国家标准与工艺研究院(NIST)和美国混凝土学会(ACI)主办的讨论会上，将HPC定义为具有所要求的性能和匀质性的混凝土。这些性能主要包括：易于浇注捣实而不离析，力学性能好，早期强度高，韧性好，体积稳定性好，在恶劣条件下使用寿命长等。 高性能混凝土概念的提出至今只有十多年的时间，但是由于国际上广泛认识到高性能混凝土具有高工作性、高耐久性和高强度等特性，用其替代传统的混凝土以及建造在严酷环境中的特殊结构物，具有显著的经济效益和技术先进性，因此高性能混凝土的开发和应用得到了各国的很大重视，并且取得了巨大成果。美国、日本、法国、加拿大等国已将高性能混凝土作为跨世纪的新材料，投入了大量的人力、物力和财力进行研究和开发，至今已在不少重要工程中使用。高性能混凝土适应了当今科学技术和生产发展的要求，可以提高混凝土结构的使用寿命，大量利用工业废渣，减少资源耗费和环境污染，便于施工，节约能源，己被各国普遍认为是今后混凝土技术的发展方向，是混凝土可持续发展的出路所在。 从1996年开始，我国国家计委、国家科技部先后2次设立科技攻关项目，进行高性能混凝土的创新研究，由中国建筑材料科学研究院、清华大学、同济大学、中国水利水电科学研究院等几十所科研单位、高等院校承担了“高性能混凝土的综合研究和应用”及“新型高性能混凝土及其耐久性的研究”的研究课题，

混凝土损伤演化的超声波法检测[设计+开题+综述]

开题报告 工程力学 混凝土损伤演化的超声波法检测 1 选题的背景与意义 混凝土是在建筑中广泛使用的工程材料,随着社会、工作环境日益复杂,混凝土结构在承受静态及准静态荷载的同时,也承担着变化剧烈且重复作用的冲击荷载,利用超声波法无损检测技术对混凝土状态进行评价，为工程中结构安全可靠性的状态评价提供一种方法,具有积极的现实意义 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题： 1、调研目前课题的国内外研究现状，阅读相关文献，完成开题报告. 2、混凝土试样制作，SHPB设备调试到工作状态. 3、实现不同应变率下的冲击加载试验和相同应变率（或相同气压）下混凝土式样的多次冲击加载实验.用超声波回弹检测法测量冲击加载后试样的首波幅值和波速，结合实验结果分析，给出应变率与打击参数对混凝土损伤及其发展规律的影响. 4、撰写论文并完成毕业设计工作. 3 研究的方法与技术路线： 1、借阅相关资料，增强必备的基本理论知识； 2、通过查阅相关期刊杂志，了解有此项研究实验的相关知识； 3、查阅相关的材料，了解并掌握损伤演化方程； 4、认真练习使用matlab，提高应用软件分析问题的应有能力； 5、实际中必然会遇到其他各种问题，除了自己认真思考之外，积极查询有关信息，还很有必要向老师求教. 4 研究的总体安排与进度： 1、2010年12月阅读文献和完成开题报告 2、2011年1-2月试样制作. 3、2011年3月SHPB装置调试，开始试验. 4、2011年 4月完成实验研究，撰写毕业论文. 5、2011年5月准备答辩.

5 主要参考文献 1、胡时胜.霍普金森压杆技术.兵器材料科学与工程.1991,11:40-47 2、陈德兴，胡时胜，张守保，巫绪涛，徐泽清.大尺寸Hopkinson压杆及其应用.实验力学.2005,20（3）：398-402. 3、Bischoff P H ,perry S https://www.wendangku.net/doc/402451866.html,pressive behavior of concrete at high strain rates.Mater Struct,1991,144(24):425-450. 4、Taylor L M,Chen E P,Kuszmaul J S.Microcrack-induced damage accumulation in brittle rock under dynamic loading.Journal of Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering,1986,55(3)：301-320. 5、Parviz Soroushian,Mohamed Elzafraney.Damage effects on concrete performance and microstructure,Cement &Concrete Composites 26 (2004) 853-859 6、宁建国，刘海峰，商霖.强冲击载荷作用下混凝土材料动态力学特性及本构模型.中国科学（G辑）：2008,38（6）：759-772.

高性能混凝土发展的历史背景及目前国内外的研究现状 土木工程毕业论文

高性能混凝土发展的历史背景及目前国内外的研究现状土 木工程毕业论文 摘要 随着我国改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益受到各级政府和社会各界的广泛关注。在众多的土木工程建设中，混凝土的应用面之广，使用次数之多是很少见的。尤其中近年来，一种较新的混凝土技术正在快速发展并且运用到许多实际工程项目中，那就是高性能混凝土。 高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC) 由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程。 本文主要介绍了高性能混凝土发展的历史背景及目前国内外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国内外研究应用中的重要成果，并对其发展趋势作出展望。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，HPC必将成为新世纪的重要建筑工程材料。 关键词:高性能混凝土;耐久性;体积稳定性 ~ I ~ 目录 摘要………………………………………………………………………………………... I 目录……………………………………………………………………………………….?

第一章引 言 ..................................................................... ................................................. 1 1 高性能混凝土产生的背景和研究现 状 ..................................................................... .. (1) 1.1 背 景 ..................................................................... (1) 1.2 研究现状及发展方 向 ..................................................................... ........................ 2 2 高性能混凝土的性能研究和应用分 析 ..................................................................... .. (2) 2.1 高性能混凝土的概 念 ..................................................................... (2) 2.2 高性能混凝土的性 能 ..................................................................... (3) 2.3 高性能混凝土发展和应用中所面临的问 题 .......................................................... 3 3 高性能混凝土质量与施工控

不同类型的水对混凝土冻融破坏的影响

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/402451866.html, 不同类型的水对混凝土冻融破坏的影响 作者：杨鹏飞 来源：《科技创新与应用》2013年第20期 摘要：文章论述了混凝土冻融破坏问题的重要性，着重研究影响混凝土冻融破坏因素中 不同类型的水对混凝土冻融破坏的影响，总结对混凝土冻融破坏的认识，为解决实际工程中冻融对混凝土的影响提供相关借鉴。 关键词：混凝土；冻融破坏；耐久性 1 混凝土冻融破坏现状 我国地域辽阔，在寒冷冬季的北方地区，尤其东北三省、内蒙古、以及西北五省等省市 自治区，气温均在零度以下。而混凝土在零度以下的环境中易发生冻融破坏，这些地区的混凝土结构破坏基本上均与冻融相关[1]。 2008年初，我国长江以南大部分地区持续冰冻灾害，由于持续的冰冻天气，混凝土输电 塔出现不同程度的结冰现象，在长江以南地区出现这样的现象让人难以预料。无论是冬季严寒的北方，还是特殊情况下的南方，冻融破坏的现象在全国各地均有存在，并且对混凝土耐久性造成了极大的影响。研究冻融破坏对混凝土的影响，对混凝土耐久性研究具有重要意义。 2 混凝土冻融破坏机理研究状况 混凝土的冻融破坏，是一系列物理变化的结果。从大约二十世纪中叶开始，美国与欧洲等科技较为领先的国家或地区均注重研究混凝土冻融破坏机理，并且提出了多种混凝土冻融破坏理论[2]。在此领域以T.C.Powers为代表的理论成为最基本的混凝土冻融破坏理论。截止目前，混凝土的冻融破坏基本理论[3]有膨胀压、渗透压、水的离析成层等理论，但目前学术界 认可度比较高的，仍然是膨胀压理论和渗透压理论。 2.1 膨胀压力理论 混凝土一般是在集料中掺入适当比例的水与水泥，并且引入适当的外加剂所共同组成的。一方面无论是何种集料，在其内部总会或多或少地存在一定的孔隙；另一方面混凝土在拌合、浇筑、振捣和成型过程中，也会残留一定的孔隙。混凝土的这些孔隙中经常含有水，当温度低于零度时，毛细孔中的水会生成冰。由于水冻结成冰体积会增大约9%，随着外界环境温度的逐渐降低，越来越多的水逐渐变成体积膨胀的冰，未结冰的水持续受压，由于四周密闭而无处流动，使得混凝土毛细孔中逐渐产生越来越大的内应力。此内应力积累到一定程度，便会逐渐平衡混凝土内部所能承受的最大涨裂应力，进而使混凝土因涨裂产生破坏。 2.2 渗透压力理论

钢筋混凝土界面损伤研究

学号： 0330503003分类号：TU3 密级：无. UDC（DDC）： 624 . 硕 士 学 位 论 文 钢筋混凝土界面损伤研究 黄 闽 莉 指导教师姓名：王向东 教授 河海大学土木工程学院 . 南京市西康路1号.申请学位级别：工学硕士 专 业 名 称： 结构工程 .论文提交日期：2006年4月 论文答辩日期：2006年5月 29日.学位授予单位和日期：河 海 大 学 2006年月日.答辩委员会主席：徐道远 论文评阅人：朱召泉、 张子明 . 2006年5月 中 国 南 京

分类号（中图法）TU3 UDC（DDC） 624 密级无. 论文作者姓名黄闽莉学号 0330503003 单位河海大学 论文中文题名钢筋混凝土界面损伤研究. 论文中文副题名　无. 论文英文题名Study on Interface Damage of Reinforced Concrete . 论文英文副题名无. 论文语种汉语论文摘要语种汉、英论文页数 73 论文字数 4.9 （万）论文关键词钢筋混凝土、粘结、滑移、界面粘结损伤、损伤模型. 申请学位级别工学硕士专业名称结构工程. 研究方向工程结构断裂损伤. 指导教师姓名王向东教授导师单位河海大学土木工程学院. 论文答辩日期 2006年 5 月 29 日.

Study on Interface Damage of Reinforced Concrete Dissertation Submitted to HoHai University In fulfillment of the Requirement For the Degree of Master of Engineering by Minli Huang (College of Civil Engineering) Dissertation Supervisor : Professor Xiangdong Wang May, 2006 Nanjing, P.R.China

高性能混凝土产生的背景和研究现状

摘要 随着我国改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何保证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益受到各级政府和社会各界的广泛关注。在众多的土木工程建设中，混凝土的应用面之广，使用次数之多是很少见的。尤其中近年来，一种较新的混凝土技术正在快速发展并且运用到许多实际工程项目中，那就是高性能混凝土。 高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC) 由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程。 本文主要介绍了高性能混凝土发展的历史背景及目前国外的研究现状，阐明了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国外研究应用中的重要成果，并对其发展趋势作出展望。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，HPC必将成为新世纪的重要建筑工程材料。 关键词：高性能混凝土；耐久性；体积稳定性

目录 引言 (1) 1 高性能混凝土产生的背景和研究现状 (1) 1.1 背景 (1) 1.2 研究现状及发展方向 (2) 2 高性能混凝土的性能研究和应用分析 (2) 2.1 高性能混凝土的概念 (2) 2.2 高性能混凝土的性能 (3) 2.3 高性能混凝土发展和应用中所面临的问题 (3) 3 高性能混凝土质量与施工控制 (4) 3.1 高性能混凝土原材料及其选用 (4) 3.2 配合比设计控制要点 (6) 3.3 高性能混凝土的施工控制 (7) 4 高性能混凝土的特点 (8) 4.1 高耐久性能 (8) 4.2 高工作性能 (8) 4.3 其它 (8) 5 绿色高性能混凝土 (9) 5.1 研发绿色高性能混凝土的必要性 (9) 5.2 绿色高性能混凝土的可行性 (9) 5.3 绿色高性能混凝土的发展 (10) 6 高性能混凝土的发展前景 (10) 结论 (11) 致词 (12) 参考文献 (13)

对混凝土冻融破坏的几点看法

对混凝土冻融破坏的几点看法 发表时间：2009-09-30T08:36:14.000Z 来源：《农民致富之友》2009年第3-4期供稿作者：王敏[导读] 我国幅员辽阔，环境条件复杂 我国幅员辽阔，环境条件复杂，尤其我省冬季漫长,结冰期达200d以上,严寒日达100多天,冻土深度为1·5~3·0m,最冷的1月份个别地区最低气温达-40℃以下,是全国气温最低的省份。在如此高寒气候环境下,混凝土防渗渠道冻害破坏十分普遍。混凝土的冻融破坏严重影响了建筑物的长期使用和安全运行，为使这些工程继续发挥作用和效益，各部门每年都耗费巨额维修费用，而这些费用为建设费用的1～3 倍，不仅影响工程的正常运行和效益的发挥,还造成人力、物力和财力的严重浪费。如何更好的解决这一问题，笔者通过调查做以下分析； 一、混凝土冻融破坏机理分析 混凝土的抗冻性是混凝土受到的物理作用（干湿变化、温度变化、冻融变化等）的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。吸水饱和的混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀９％，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。 二、混凝土冻融破坏的影响 它的影响因素为多方面。一是组成混凝土的主要材料性质的影响，如水泥品种、水泥中不同矿物成份对混凝土的耐久性影响较大；二是外加剂的影响，在混凝土施工过程中掺入引气剂或减水剂对改善混凝土的内部结构，改善混凝土的内部孔隙结构可起到缓冲冻胀的作用，提高混凝土的抗冻性；三是施工工艺影响，配合比、混凝土的施工、硬化条件等都与混凝土的耐久性有密切的关系;四是防止受水位变化影响，寒冷季节水位变化会引起混凝土的严重冻融破坏需采取有力措施防止；五是控制施工质量，混凝土施工质量的好坏，将影响它的抗冻性，必须严把质量关，不允许出现蜂窝、麻面，力求密实，表面光滑。 三、混凝土渠道防渗防治冻害的措施 一是避免冻胀。1.尽可能避开粘质土壤，松软土层、淤泥沼泽和高地下水位的地段，选择透水性较强的不易产生冻胀或地下水位埋藏较深的地段，将混凝土渠底冻结层控制在地下毛管水补给高度以上。2. 尽可能采用填方渠道3 .渠线选择在地形较高的脊梁地带。4.有渗水和地面回归水入渠的渠段，尽量有排水设施。 二是削减冻胀。1.换填法。在冻结深度内将混凝土板下的冻胀性土换成非冻胀性材料如碎石、砂砾等。2.隔热保温。将隔热保温材料布设在混凝土板衬砌体背后，减轻或消除寒冷，并可减少换填垫层深度，隔断下层土的水分补给，从而减轻或消除渠床的冻深和冻胀。(作者单位：152013 黑龙江省绥化市北林区永安满族镇农业服务中心）

混凝土损伤理论的分析研究

SHANGHAI UNIVERSITY 结构非线性分析课程论文 UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS) 题 目:钢筋混凝土结构有限元分析及其断裂损伤理 论应用 学 院 土木工程系 专 业 建筑与土木工程 学 号 xxxxxxxx 学生姓名 xxx 指导教师 xx 日 期 2017.12.24

上海大学2017～2018学年冬季学期研究生课程考试 小论文 课程名称：结构非线性分析课程编号：18Z147004 论文题目:钢筋混凝土结构有限元分析及其断裂损伤理论应用 研究生姓名: xxx 学号: xxxxxxxx 论文评语: 成绩: 任课教师: xx 评阅日期:

目录 一混凝土损伤理论的研究背景 (1) 二国内外对混凝土损伤理论的研究现状 (2) 1）国外混凝土损伤理论研究现状 (2) 2）国内混凝土研究现状 (2) 三混凝土损伤理论研究中的问题和研究方法 (3) 1）试验条件相差较大时混凝土的本构关系将发生变化 (3) 2）复杂的多轴应力状态下的损伤理论 (3) 3）试验难度大 (3) 4）研究方法 (3) 四钢筋混凝土非线性损伤理论及有限元法 (4) 1）混凝土非线性本构模型 (4) 2）规范中的混凝土损伤理论 (5) ①混凝土单轴受压时的本构模型及dc的选取 (5) ②混凝土单轴受拉时的损伤理论 (6) 2）ABAQUS算例 (6) ①混凝土塑形损伤模型 (6) ②数值分析 (7) 五研究成果与创新 (8) 1)当今国际的研究成果 (8) 2)理论研究的新进展 (8) 3)在有限元中的应用 (8) 六研究混凝土损伤理论的意义和结论 (9) 1)社会意义 (9) 2)经济效益 (9) 3)结论 (9) 七展望 (9) 八建议 (10)

高性能混凝土的研究与发展现状78166

高性能混凝土地研究与发展现状 摘要：阐述了高性能混凝土产生地背景和国内外学者对高性能混凝土地认识与定义，并详细介绍了高性能混凝土地国内外地研究与发展现状，同时，还针对高性能混凝土研究与发展中地一些问题进行了探讨.关键词：高性能混凝土；定义；耐久性；存在问题高性能混凝土(，)是世纪年代末年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出地一种全新概念地混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供年以上地使用寿命.区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面地混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特地优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件地适应性等方面产生了明显地效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技术地发展方向.高性能混凝土产生地背景传统地混凝土虽然已有近年地历史，也经历了几次大地飞跃，但今天却面临着前所未有地严峻挑战：()随着现代科学技术和生产地发展，各种超长、超高、超大型混凝土构筑物，以及在严酷环境下使用地重大混凝土结构，如高层建筑、跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核反应堆、有毒有害废物处置工程等地建造需要在不断增加.这些混凝土工程施工难度大，使用环境恶劣、维修困难，因此要求混凝土不但施工性能要好，尽量在浇筑时不产生缺陷，更要耐久性好，使用寿命长.()进入世纪年代以来，不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构，特别是早年修建地桥梁等基础设施老化问题，需要投入巨资进行维修或更新.年美国国家材料咨询局地一份政府报告指出：在美国当时地．万座桥梁中，大约有．万座处于不同程度地破坏状态，有地使用期不到年，而且受损地桥梁每年还增加．万座.年在提交美国国会地报告“国家公路和桥梁现状”中指出，为修复或更换现存有缺陷桥梁地费用需投资亿美元；如拖延修复进程，费用将增至亿美元.美国现存地全部混凝土工程地价值约万亿美元，每年用于维修地费用高达亿美元.在加拿大，为修复劣化损坏地全部基础设施工程估计要耗费亿美元.在英国，调查统计了个工程劣化破坏实例，其中碳化锈蚀占％，环境氯盐锈蚀占％，内部氯盐锈蚀占％，混凝土冻蚀％，混凝土磨蚀％，混凝土碱—骨料反应破坏％，硫酸盐化学腐蚀％，其他各种不常发生地腐蚀破坏％.我国结构工程中混凝土耐久性问题也非常严重.建设部于世纪年代组织了对国内混凝土结构地调查，发现大多数工业建筑及露天构筑物在使用～年后即需大修，处于有害介质中地建筑物使用寿命仅～年，民用建筑及公共建筑使用及维护条件较好，一般可维持年.相对于房屋建筑来说，处于露天环境下地桥梁耐久性与病害状况更为严重.据年全国公路普查，到年底我国已有各式公路桥梁座，公路危桥座，每年实际需要维修费用亿元，而实际到位仅亿元.港口、码头、闸门等工程因处于海洋环境，氯离子侵蚀引发钢筋锈蚀，导致构件开裂、腐蚀情况最为严重.年交通部四航局等单位对华南地区座码头调查地结果，有％以上均发生严重或较严重地钢筋锈蚀破坏，出现破坏地时间有地距建成仅—年.()混凝土作为用量最大地人造材料，不能不考虑它地使用对生态环境地影响.传统混凝土地原材料都来自天然资源.每用水泥，大概需要．以上地洁净水，砂、以上地石子；每生产硅酸盐水泥约需．石灰石和大量燃煤与电能，并排放，而大气中浓度增加是造成地球温室效应地原因之一.尽管与钢材、铝材、塑料等其它建筑材料相比，生产?昆凝土所消耗地能源和造成地污染相对较小或小得多，混凝土本身也是一种洁净材料，但由于它地用量庞大，过度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境和天然景观.有些大城市现已难以获得质量合格地砂石.另一方面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后地混凝土垃圾也给环境带来威胁.因此，未来地混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为其原材料；必须充分考虑废弃混凝土地再生利用，未来地混凝土必须是高性能地，尤其是耐久地.耐久和高强都意味着节约资源.“高性能混凝土”正是在这种背景下产生地.高性能混凝土地定义与性能对高性能混凝土地定义或含义，国际上迄今为止尚没有一个统一地理解，各个国家不同人群有不同

混凝土冻融循环破坏研究进展

第26卷 第6期Vo l 126 No 16材 料 科 学 与 工 程 学 报Jo urnal o f Mater ials Science &Eng ineer ing 总第116期Dec.2008 文章编号:1673-2812(2008)06-0990-05 混凝土冻融循环破坏研究进展 张士萍,邓 敏,唐明述 (南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京 210016) =摘 要> 本文对目前混凝土冻融破坏研究新进展进行了全面综述,介绍了已有的关于冻融破坏机理的几种 假说,并且对静水压理论和渗透压理论的适用条件以及合理性提出了质疑。同时论述了孔结构、饱水度、含气量和环境条件对冻融破坏的影响,国内外冻融循环试验方法和判据以及预防冻融破坏的措施。 =关键词> 混凝土;冻融循环;机理 中图分类号:T U 528 文献标识码:A Advance in Research on Damagement of Concrete Due to Freeze -thaw Cycles ZHANG Sh -i ping,DENG Min,TANG Ming -shu (College of Materials Science and Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,C hina) =Abstract > T he advance in research on damag ement o f co ncr ete caused by freeze -thaw cycles is reviewed.T he ex isting hy po theses fo r deter io ratio n of concrete due to fr eeze -thaw cycles is discussed,and ther e is do ubt on the applicability and ratio nalit y of hydraulic pressur e and osmo tic pressur e.T he effect o f pore st ruct ur e,w ater satur ation,air -entr aining and env iro nmental co nditions o n f reeze -thaw damag ement,the testing methods and cr iteria fo r fr eeze -thaw cycles and prev entiv e measures ar e also present ed. =Key words > concrete;f reeze -thaw cycles;mechanism 收稿日期:2007-11-14;修订日期:2008-03-03 作者简介:张士萍(1982-),女,江苏南京人,博士研究生,从事水泥混凝土耐久性方面的研究。E -m ail :zhang shipi ng1982@126.co m. 1 引 言 混凝土用于工程建设迄今已有150年左右的历史。人们对混凝土性能的改善和提高随着工程实践的增多和科学技术的发展而不断完善。随着时间的推移,人们认识到已建工程并非都是耐久的,远低于设计寿命、过早破坏的事例层出不穷。这些过早/衰老0的工程不仅需要耗用庞大的重建与维修费用,还会造成间接经济损失和安全隐患,专家们把这种现象称为/混凝土耐久性危机0,发达国家已经为此付出了巨大代价。 抗冻性是混凝土耐久性的最重要的指标之一。因此,工程界对提高混凝土抗冻性非常关心。混凝土的抗冻耐久性引起国内外众多学者的兴趣,不仅因为它是影响混凝土使用寿命与性能的一个非常重要的因素,同时也因为混凝土的冻害发生的范围极其广泛。我国地域辽阔,有相当大的地区处于严寒地带,不少水工建筑物出现了冻融破坏现象。寒冷地区的水工、港工、道路和桥梁等工程中的混凝土 结构物或构筑物在冻融循环作用下的冻融破坏是运行过程 中的主要病害[1]。但是,目前关于混凝土冻融破坏机理众说纷纭,高性能混凝土抗冻性试验结果也不一致。这使得在工程实践中对如何提高混凝土抗冻性,以及对掺粉煤灰混凝土在一些重要工程部位的应用是否适当等问题存在不同看法。 2 冻融破坏机理 混凝土的冻融破坏过程是比较复杂的物理变化过程。 一般认为,冻融破坏主要是因为在某一冻结温度下,水结冰产生体积膨胀,过冷水发生迁移,引起各种压力,当压力超过混凝土能承受的应力时,混凝土内部孔隙及微裂缝逐渐增大,扩展并互相连通,强度逐渐降低,造成混凝土破坏[2]。 目前提出的冻融破坏理论主要有静水压经典理论、渗透压理论、冰棱镜理论、基于过冷液体的静水压修正理论、饱水度理论等等[3-7]。但目前公认程度较高的,仍是由美国学者T.C.Po wer s 提出的膨胀压理论和渗透压理论,他认为

我国混凝土损伤本构关系的研究现状

我国混凝土损伤本构关系的研究现状 摘要：从弹性与塑性损伤、各向同性与各向异性损伤、静力与动力损伤、宏观唯象以及细观和微观损伤、局部化与非局部化损伤这5个不同侧重点考虑，归纳介绍了近几年来我国学者在混凝土损伤类本构关系领域研究的进展，并提出了自己的意见，对其发展方向进行了展望。 关键词：混凝土；损伤；本构关系；研究现状 引言 混凝土是现代建筑结构中运用最广泛的材料，它的破坏是由于材料内分布的微孔洞、微裂纹在荷载的作用下不断成核、扩展、贯通形成宏观裂纹，造成承载力下降导致的。要分析混凝土结构的受力特性，确保结构的可靠性，需要研究其微损伤的演化规律。 自1976年Dougill最早将损伤力学用于研究混凝土的受力性能以来，各种混凝土本构关系应运而生，不断发展。从最初的单轴受拉各向同性弹性损伤模型，到现在针对具体情况有侧重点的建立起得的各种不同的损伤模型。 本文从弹性与塑性损伤、各向同性与各向异性损伤、静力与动力损伤、宏观唯象以及细观和微观损伤、局部化与非局部化损伤这5个不同侧重点考虑，介绍了近几年来我国学者在混凝土损伤类本构关系领域研究的进展，并对其发展进行了展望。 1弹性与弹塑性损伤模型 混凝土是一种多相复杂的准脆性材料，在单轴或多轴压缩荷载作用下，混凝土表现出一定的塑性。混凝土损伤模型按照是否与塑性理论结合，可分为弹性损伤模型与弹塑性损伤模型。两者的区别主要在于，弹性损伤模型只考虑损伤对刚度的影响，弹塑性损伤模型考虑卸载时不可恢复的变形，卸载弹模不同，见图1。 图1循环加卸载实验的混凝土应力-应变曲线 相比而言，弹塑性模型能够更为准确的描述混凝土的损伤演化特性，因而更加受到学者们的关注，近年来有很大的发展。但由于弹塑性模型需要求解损伤与塑性耦合的复杂过程，计算复杂，参数众多，弹性损伤模型便于实际工程应用。 1.1弹性损伤模型 在损伤力学理论早期的发展过程中建立了一些经典的混凝土损伤模型，这些模型是在对金属损伤研究的基础上考虑混凝土类材料的特性发展而来的。Loland和Mazars的损伤模型都是参照实验得出的拉伸应力应变曲线，将曲线以应力峰值划为两端，分别用函数模拟。假设材料为各向同性弹性体，损伤也是各向同性，Loland假定应力峰值以前有效应力与应变关系，而峰值后有效应力为一常数。Mazars根据Terrien的混凝土单轴拉伸试验曲线，假定峰值应力前，应力应变曲线为直线，峰值应力后为下降段曲线。Sidoroff等人提出能量等价原理，并提出了损伤面的概念，损伤是在损伤阈值面上发生。Krajcinovic以Helmholtz自由能理论为基础，参照塑性力学方法引入了损伤面的概念，假设损伤演变速度的方向垂直于损伤面，导出了损伤本构方程及损伤演化方程[1]。 以上经典的弹性损伤模型均是在单调加载的情况下建立的，也未考虑混凝土的非线性。 李正在文献[2]中指出混凝土作为一种准脆性材料，混凝土的塑性变形主要发生在受压损伤较大情况下，而受拉损伤情况下，卸载后塑性应变很小，接近脆性。在地震作用下，混凝土结构主要发生受拉损伤，受压损伤程度较小。因此，弹性损伤模型对于一般精度要求的地震损伤分析也是具有适用性的。并对Faria和Oliver 等人所提出的混凝土损

断裂损伤理论在混凝土中的应用研究_刘黎

文章编号：1009-6825（2013）02-0049-02 断裂损伤理论在混凝土中的应用研究 收稿日期：2012-11-07作者简介：刘黎（1964-），女，工程师 刘 黎 （三峡大学土木与建筑学院，湖北宜昌443002） 摘 要：针对混凝土的断裂与损伤在工程中的普遍性，讨论了混凝土断裂损伤机理，介绍分析了几个经典模型，总结了断裂损伤理 论在工程中的应用现状，并展望了其应用前景。关键词：混凝土，断裂损伤力学，裂纹中图分类号：TU375 文献标识码：A 断裂损伤力学是固体力学的一个分支，是断裂力学和损伤力学的简称。断裂力学是研究含裂纹固体介质的强度和裂纹扩展规律的学科，它采用均匀性假设，且假设仅在材料缺陷处不连续；损伤力学是研究材料内部存在错位、夹杂、微裂纹和微孔洞等分布缺陷时，在外荷载作用下损伤的演化规律及其对力学性能的影响，二者共同描述了结构从原有缺陷到宏观裂纹形成继而断裂的 全过程。1961年M．Kaplan 首先运用断裂力学方法分析混凝土裂缝［1］， 后来许多学者对缝端微裂缝模型进行了深入的研究［2，3］ 。本文探讨混凝土的断裂损伤机理，并对断裂损伤力学在混凝土中的发展及应用前景进行了展望。1混凝土中的断裂损伤过程混凝土中存在大量微孔洞和微裂纹，这些裂纹可分为随机分布的微裂纹和有一定方向的宏观裂纹，其材料在受到外部荷载或 内部温度应力等作用时， 加剧了混凝土缺陷的扩大、延伸、汇合，原有的裂纹尖端骨料界面的微裂纹也会扩展并绕过骨料不断发 展，随着荷载增加，材料在成型时和使用过程中产生的裂缝就会内外贯通，产生应力集中现象。在混凝土成型时存在的各种不同形式的缺陷，一方面是导致宏观裂缝萌生的根源，另一方面对主 裂缝起到了屏蔽和劣化的双重作用［4］ 。2混凝土断裂损伤力学的研究现状2．1混凝土断裂力学的研究现状国内外很多研究学者进行各种断裂模式（张开型、滑开型、撕开型、复合型）的试验研究以及断裂韧度的测试，提出了一系列应 力强度因子的计算方法和经验断裂判据，主要成果有：A．Griffith ［5櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 ］ 面积内无一根柱子，实现了业主梦寐以求的大空间。同时，在建筑方案设计阶段，结构工程师所构思的结构总体系应有一个多道防线、刚柔结合的理想刚度目标。即具有一定大的刚度和承载力抵御风荷载和规范设防烈度水准的地震作用，以及在第一道防线的有意识屈服后，在结构变柔的同时仍具有足够大的弹塑性变形能力和延性耗能能力来抵御可能遇到的罕遇大地震。 其次，在初步设计阶段，要正确把握高层建筑结构的概念设计， 必须掌握各种结构体系的近似计算方法。英国工程师A．L．L．Baker 讲过：工程师所掌握的最佳计算方法，应该是运用最简单、最直接的计算方法。而近似的计算方法就是对一个结构工程师进行高层建筑结构设计能力的最基本的要求。例如，对于框架结构体系，必须掌握的近似计算方法为：竖向荷载作用下的直接弯矩分配法，水平荷载作用下的近似计算法。同时，结构工程师还必须了解抗侧力构件的变形近似计算，通过获取不同抗侧力结构（或构件）之间的相对刚度比较概念，来大致估算建筑物的变形，以便于提出或比较各种可行的结构总体方案。 最后，在施工图设计阶段，仍然要注意把握和运用高层建筑结构的概念设计。例如，钢筋混凝土框架柱的轴压比超过了规范 的限值， 我们要结合具体设计综合判断。众所周知，规范控制轴压比限值的目的：要求钢筋混凝土框架柱截面达到具有较好延性 功能的大偏心受压破坏状态，以防止小偏心受压状态的脆性破坏。同时我们知道，影响钢筋混凝土框架柱截面延性功能的因素除轴压比外，还有框架柱的配箍特征、核心区混凝土的抗压强度等级、纵向钢筋承担截面轴压的能力、框架柱的截面形状等因素，轴压比限值的大小必须根据具体工程设计综合所有因素进行一定程度的合理调整。 综上所述，作为一名结构工程师，在高层建筑结构设计中，应始终坚持概念设计的理念，既不盲目照搬规范，也不盲从于一体化计算机结构设计程序，任其随意摆布；只有始终坚持概念设计的理念，才可能不断地追求尽善尽美的设计思想，而其结构的概念、经验、判断力和创造力才会随年龄与实践的增长而越来越充实，其设计成果才能不断创新。参考文献：［1］JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S ］．［2］GB 50010-2010，混凝土结构设计规范［S ］．［3］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［ S ］．［4］高立人．高层建筑结构概念设计［M ］．北京：中国计划出版 社， 2005．On exploration for conception design for high-rise buildings SUN Jian-wen （Jincheng Jinfangyuan Building Inspection Co．，Ltd ，Jincheng 048000，China ） Abstract ：The paper indicates how to learn the concept design for the high-rise buildings at various stages of the design ，and has the primary un-derstanding for the concept design of the high-rise architectural structure ，so as to extend and grasp the concept design of the high-rise buildings in future． Key words ：concept design ，regulation ，integrated computer structural design program · 94·第39卷第2期2013年1月 山西 建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol．39No．2Jan．2013