高溫后高強(qiáng)混凝土受壓疲勞過程中細(xì)微觀演化機(jī)理研究

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1、第1章緒論1.1前言高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)有時(shí)會(huì)遭受火災(zāi)或經(jīng)歷其他原因引起的高溫歷程，也會(huì)遭受地震、車輛、風(fēng)浪等循環(huán)荷載的作用?？梢?，高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)可能會(huì)經(jīng)歷高溫、疲勞等綜合工況，這都會(huì)給混凝土結(jié)構(gòu)造成損傷。這些損傷不僅是在宏觀層面上，也存在于細(xì)微觀層面，而且細(xì)微觀結(jié)構(gòu)損傷是宏觀損傷的根本原因。到目前為止，關(guān)于高強(qiáng)混凝土的研究主要集中于高溫或疲勞損傷的單因素作用，但對(duì)高強(qiáng)混凝土高溫、疲勞荷載綜合工況下細(xì)微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律尚缺乏研究。因此本文對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)高溫后高強(qiáng)混凝土疲勞性能的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，并對(duì)不同

2、加熱溫度與恒溫時(shí)間后高強(qiáng)混凝土疲勞損傷過程中細(xì)微觀結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律進(jìn)行了研究，進(jìn)一步揭示了高溫與疲勞荷載綜合工況下高強(qiáng)混凝土內(nèi)部細(xì)微觀結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演化過程及損傷機(jī)理。對(duì)疲勞過程中細(xì)微觀參數(shù)與疲勞循環(huán)次數(shù)的相關(guān)性進(jìn)行了分析，在相關(guān)性良好的基礎(chǔ)上建立了疲勞損傷與細(xì)微觀參數(shù)之間的關(guān)系模型。結(jié)合已有研究，建立了溫度歷程-疲勞損傷-細(xì)微觀參數(shù)的關(guān)系模型。形成研究混凝土材料溫度歷程、疲勞損傷及細(xì)微觀結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的科學(xué)方法，研究結(jié)果為遭受火災(zāi)或經(jīng)其他高溫歷程的混凝土結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)、疲勞損傷分析及結(jié)構(gòu)評(píng)估提供參考。1

3、.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述1.2.1高溫后混凝土疲勞性能研究現(xiàn)狀到目前為止，學(xué)者們對(duì)普通混凝土疲勞損傷的研究已比較深入[1-3]，但對(duì)高溫后混凝土的疲勞損傷研究不多。周新剛[4]對(duì)高溫后普通混凝土的軸壓疲勞進(jìn)行了試驗(yàn)研究，指出混凝土在200℃和300℃加溫后循環(huán)加載，承載力會(huì)進(jìn)一步的下降，而且承受循環(huán)荷載的能力非常有限。呂培印等[5]進(jìn)行了不同溫度下混凝土在等幅循環(huán)荷載作用下的抗拉疲勞試驗(yàn)研究，分析了不同溫度下混凝土抗拉疲勞強(qiáng)度、剛度等的變化規(guī)律，建立了考慮溫度影響的疲勞統(tǒng)一方程，并將常溫下的混凝土疲

4、勞性能試驗(yàn)結(jié)果同其他研究者的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，給出了縱向總應(yīng)變、割線模量的經(jīng)驗(yàn)公式及其第二階段總應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率、割線模量衰減率分別與疲勞循環(huán)次數(shù)的關(guān)系式。李敏等[6]對(duì)受火后的混凝土試件進(jìn)行了抗壓、抗折和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，討論了溫度、強(qiáng)度等級(jí)、含水量等因素對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。指出在600℃前混凝土的抗壓強(qiáng)度下降不多，試件的含水率越高，相對(duì)殘余抗壓強(qiáng)度越低。另外采用超聲波波速法和質(zhì)量損失法對(duì)火災(zāi)高溫后混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了探討。高海靜[7]對(duì)經(jīng)不同高溫歷程后高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能及疲勞損傷進(jìn)行了試驗(yàn)

5、研究，指出經(jīng)不同高溫歷程后高強(qiáng)混凝土單軸受壓疲勞的破壞形態(tài)為柱狀壓潰且疲勞變形模量、疲勞縱向總應(yīng)變符合三階段發(fā)展規(guī)律，建立了高溫歷程與受壓疲勞損傷的關(guān)系模型。Gyu-YongKIM等[8]對(duì)20℃~700℃高溫后高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，重點(diǎn)分析了高溫作用對(duì)高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量的影響。指出抗壓強(qiáng)度和彈性模量的相對(duì)值隨強(qiáng)度等級(jí)和溫度的增加而降低。NadjaOneschkow[9]研究了最大應(yīng)力水平、載荷頻率和波形對(duì)高強(qiáng)度混凝土疲勞性能的影響。指出高強(qiáng)度混凝土最大應(yīng)力水平、載荷頻率

6、和波形對(duì)疲勞破壞的影響與普通混凝土相似，而加載頻率的增加對(duì)應(yīng)變的增長(zhǎng)影響較小。Ucarkosar,B.;Yuzer,N.等[10]認(rèn)為混凝土暴露在高溫下時(shí)，會(huì)出現(xiàn)裂紋和剝落現(xiàn)象，由于高強(qiáng)度混凝土的孔隙率較低，這些變化將更加明顯；Khaliq,W.等[11]指出高溫會(huì)使混凝土的強(qiáng)度和剛度減弱，提出高溫拉伸強(qiáng)度在評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)的剝落性和耐火性上是至關(guān)重要的，并通過試驗(yàn)得出鋼纖維和混合纖維的存在能有效減緩高溫作用下混凝土拉伸強(qiáng)度的損失。1.2.2高溫后高強(qiáng)混凝土靜力學(xué)性能研究現(xiàn)狀李麗娟等[12]對(duì)高強(qiáng)混

7、凝土(100MPa)進(jìn)行了(明火)高溫試驗(yàn)，研究了經(jīng)500℃和800℃高溫后高強(qiáng)混凝土的外觀、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂拉伸強(qiáng)度的變化及質(zhì)量損失，隨受火溫度的升高，高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂拉伸強(qiáng)度逐漸變小。何振軍[13]進(jìn)行了高溫后C50和C60兩種強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)混凝土在多軸應(yīng)力狀態(tài)下強(qiáng)度與變形性能試驗(yàn)研究，分析了高溫后試件在不同應(yīng)力狀態(tài)和不同應(yīng)力比下相應(yīng)的破壞形態(tài)及損傷機(jī)理。何振軍等[14]利用大型靜動(dòng)三軸試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行了常溫和200℃~600℃高溫后高強(qiáng)高性能混凝土在七種雙軸壓應(yīng)力狀態(tài)

8、下的強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)得了雙軸方向靜態(tài)強(qiáng)度，分析了溫度和應(yīng)力比對(duì)單軸、雙軸壓強(qiáng)度的影響。Fu-PingCheng等[15]分別研究了20℃、100℃、200℃、400℃、600℃和800℃下的高強(qiáng)度混凝土應(yīng)力-應(yīng)變曲線，指出高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度隨溫度的升高而不斷降低，達(dá)到800℃時(shí)的抗壓強(qiáng)度約為初始強(qiáng)度的四分之一。MasoudGhandehari等[16]試驗(yàn)測(cè)量了高強(qiáng)混凝土分別加熱到100℃、200℃、300℃和600℃之后的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和相應(yīng)的超聲波脈沖速度。發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高