冻融循环下混凝土力学性能试验及损伤演化研究

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1、分类号:TU-410710—2013228019专业硕士学位论文冻融循环下混凝土力学性能试验及损伤演化研究邢凯导师姓名职称田威副教授许尚杰教授级高工专业学位类别申请学位级别硕士建筑与土木工程及领域名称论文提交日期2015年6月4日论文答辩日期2015年6月9日学位授予单位长安大学ExperimentalstudyonMechanicalPropertiesandDamageEvolutionofConcreteunderFreezing-thawingCyclesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandid

2、ate：XingKaiSupervisor：AssociateProf.TianWeiProf.XuShangjieChang’anUniversity,Xi’an,China摘要混凝土作为一种常见的多相复合材料，因其所具有的较多优点，而广泛应用于各工程领域。有研究表明钢筋腐蚀、冻融循环以及侵蚀环境的物理化学作用是影响混凝土耐久性能的三个重要因素，其中冻融循环对混凝土耐久性的影响愈来愈被人们所重视。特别是在我国西部寒区，冻融循环作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。因此，深入研究混凝土冻融损伤破坏过程具有非常重要的理论价值和工程实际意义。论文以西部寒区混凝

3、土材料为研究背景，将混凝土冻融循环试验、宏观力学试验和细观CT扫描试验相结合，对混凝土材料在冻融循环下的破损机理开展研究，并利用有限元ANSYS软件对冻融循环下混凝土进行了数值模拟。以期更为深入地研究混凝土冻融损伤劣化机理以及破坏规律，为寒区重大工程冻融灾变预测和防治提供较可靠的试验与理论依据。论文研究的主要内容如下：（1）对制备的混凝土试样进行冻融循环试验，并对不同冻融循环次数下的混凝土试样进行单轴压缩试验以及三点弯曲试验。通过研究混凝土弹性模量、抗压强度、抗弯强度、应力-应变等力学特性的变化规律，探索了混凝土的宏观力学性能与不同冻融循环次数的变化规律；（

4、2）应用CT技术对冻融循环下混凝土试样的破损全过程进行追踪，获得了不同冻融循环次数下混凝土细观结构变化特征。通过运用图像处理技术初步分析了冻融循环下混凝土细观损伤扩展的演化过程；并以图像中CT均值的变化为基础，建立了基于细观统计力学的损伤变量与冻融循环的关系曲线，以此对冻融循环条件下混凝土细观结构的损伤演化规律及破损机理进行了定量研究；（3）利用有限元ANSYS软件对冻融循环下混凝土试样进行了数值模拟，并对不同冻融循环次数下混凝土的温度场分布云图以及温度应力分布云图进行了分析，进而验证了数值模拟的可行性。关键词：混凝土，冻融循环，损伤劣化，CT，ANSYS，

5、数值模拟————————————————————基金项目：1.基于细观结构特征的混凝土材料动态力学性能、破损机制及数值试验研究（51379015）；国家自然科学基金面上项目2.混凝土材料细观损伤演化的实时CT观测及数值模拟研究（51009010）；国家自然科I学基金青年项目3.基于CT技术的混凝土细观破损数值模拟及裂纹识别研究（2012M521727）；中国博士后科学基金4.不同环境因素下混凝土动态力学性能及破损机制的试验研究（2015JM5160）；陕西省自然科学基础研究计划资助项目5.准脆性材料的细观动态破损机理研究（110413）；陕西省博士后科学基金

6、资助项目IIAbstractConcreteasacommonkindofpolyphaseandcompoundmaterial,becauseofitsmanyadvantages,iswidelyusedinengineeringfield.Studieshaveshownthatsteelcorrosion,freezing-thawingcyclesandphysicalanderosionenvironmentofphysicalchemistryarethethreeimportantfactorsinfluencingthedurabilit

7、yofconcrete.Theinfluenceofthefreezing-thawingcyclesofconcretedurabilityobtainedmoreandmoreattention.EspeciallyincoldregionsofwestChina,freezing-thawingcycleisthemainfactorsforleadingtothedamageofconcrete.Therefore,furtherstudyofconcretefreezingandthawingdamagefailureprocessisofvery

8、importanttheoreticalvaluea