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原文传递腐蚀冻融共同作用对混凝土梁弯曲性能的影响及模型试验研究

论文题名：	腐蚀冻融共同作用对混凝土梁弯曲性能的影响及模型试验研究
关键词：	混凝土桥梁;硫酸盐腐蚀;冻融次数;弯曲性能
摘要：	我国西北寒冷地区存在大量盐渍土、盐湖以及含盐的地下水，其中盐的主要成分之一为硫酸盐。对于西北地区的混凝土桥梁而言，由于地处寒冷地区，在遭受硫酸盐腐蚀的同时，还要承受大温差反复作用造成的冻融破坏，这二者的共同作用会使结构产生病害甚至破坏。因此，开展硫酸盐腐蚀和冻融循环共同作用对混凝土梁弯曲性能的影响具有非常重要的理论意义和工程实际应用价值。　　本论文在甘肃省交通运输厅科技项目(2020-05)“甘肃省公路混凝土桥梁全寿命设计与应用技术研究”的支持下，以探究硫酸盐腐蚀与冻融共同作用对混凝土梁在静力作用下弯曲性能的影响为目标，制作了多组混凝土试件和混凝土构件，从材料研究入手，进而至构件研究，最后再将模型试验研究结果与ABAQUS有限元模拟结果对比分析。本文主要研究内容和取得的研究成果如下：　　(1)混凝土在腐蚀冻融下静态力学性能。本次腐蚀冻融所采用的试验方法是在低温模拟箱中冷冻，在10%Na2SO4溶液中融化。分别对腐蚀冻融0、15、30和45次混凝土试件进行单轴压缩和劈裂拉伸试验，得到了受压应力-应变全曲线及其相关参数，并且发现随着腐蚀冻融次数的增加其抗压强度和劈拉强度均有明显的降低。　　(2)腐蚀冻融下混凝土SEM微观结构研究。对混凝土样品放大500X、1000X、2000X和5000X后，发现随着腐蚀冻融次数的增加，混凝土内部的裂缝有明显增大的趋势，在腐蚀冻融30次后，混凝土内部孔隙中有针状产物，经比对分析发现该产物主要为钙矾石，说明在腐蚀冻融30次后硫酸盐已沿着裂缝腐蚀至混凝土内部。　　(3)混凝土梁三点弯曲静态加载试验研究。对腐蚀冻融0、15和30次试验梁进行三点弯曲静态加载试验，将腐蚀冻融15次和30次结果与0次进行对比分析。分析结果表明：试验梁的破坏形态仍为弯曲破坏；抗弯承载力分别下降了8.9%和18.8%；腹板底部表面混凝土应变增大了6.32%和16.02%，并且开裂荷载和屈服荷载均有明显的降低。　　(4)腐蚀冻融下试验梁破坏特征研究。通过三点弯曲静态加载试验，得到了不同腐蚀冻融次数下试验梁的加载段及卸载段的荷载-位移曲线，将曲线比对分析，发现其曲线变化规律相似，这说明在短期腐蚀冻融下并未改变试验梁破坏特征，这也与试验梁破坏形式仍为弯曲破坏的结果相吻合。　　(5)腐蚀冻融下混凝土梁数值模拟研究。利用ABAQUS有限元软件模拟了在不同腐蚀冻融次数下混凝土梁的三点弯曲加载试验，混凝土和钢筋本构分别采用塑性损伤模型和理想弹塑性本构。通过将模拟结果与试验结果对比，在位移加载的工况下，FD-0、FD-15和FD-30的数值模拟极限荷载与模型试验的极限荷载误差分别为3.9%、5.9%和5.8%，误差较小，因此，验证了数值模拟的准确性。并结合数值模拟进一步分析不同腐蚀冻融循环下钢筋混凝土梁的弯曲性能变化情况。
作者：	张创
专业：	建筑与土木工程
导师：	王根会;樊江
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022