碳化和湿热环境下钢筋混凝土材料与构件阻尼特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jfguo2008
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混凝土材料与结构在使用过程中的耐久性问题已经成为影响结构安全和使用功能的主要因素之一。国内外大多数研究集中于腐蚀后结构的抗力衰减,但是,对于目前大多数遭受侵蚀的结构与材料在面临地震作用时的抗震能力(特别是阻尼能力)研究甚少,因此本文力图通过快速碳化实验,干湿循环试验等加速腐蚀试验方法,系统研究钢筋混凝土材料与构件的阻尼性能随腐蚀时间的变化规律,并采用有限元分析的方法来模拟侵蚀物质在混凝土中的扩散行为。该部分研究对于评估腐蚀作用下材料与结构的抗震性能具有重要理论意义与应用价值,本文的主要研究内容包括:  首先,对具有相同配合比的钢筋混凝土梁构件进行两个月的快速碳化试验。通过对不同碳化期的钢筋混凝构件进行悬臂梁自由振动衰减试验,研究结果表明阻尼比随碳化时间增加而减小;并利用三点弯曲梁式材料阻尼测试装置,对试件进行不同频率下的损耗因子进行测试,得出同一频率下的损耗因子,损耗模量和存储模量随碳化时间的变化规律。结果表明,损耗因子与损耗模量随碳化期增加而减小,存储模量基本没有变化。  其次,对具有相同配合比的钢筋混凝土梁构件进行干湿循环腐蚀试验,采用上述试验方法对不同腐蚀期的构件的阻尼比和损耗因子进行测试。结果表明,在盐雾腐蚀条件下,阻尼比、损耗因子和损耗模量在2个月的腐蚀期内,呈现先减小,后增大的变化规律;在紫外线干湿腐蚀环境中,在2个月的腐蚀期内后阻尼比、损耗因子和损耗模量略有下降,存储模量的变化较小。对于综合评价材料抗震能力的指标耗散模量而言,2种腐蚀条件均导致其降低,其中盐雾侵蚀影响更大一些。  最后,通过物质在混凝土内部传导的质量守恒定律,推导出了混凝土内物质扩散的偏微分方程;并利用有限元法对传导方程进行求解,推导出了对应于矩形单元的单元系数积分矩阵,继而求得总体系数矩阵,并给出了求解总体系数矩阵方程的方法及MATLAB求解示例;利用COMSOL有限元软件中的扩散模块,对自然状态下的扩散深度进行模拟,并与现有的部分碳化深度模型进行对比分析,结果显示与其它模型的计算规律基本一致;对实验室快速碳化试验条件下的碳化深度进行二维模型下的模拟计算,并且与快速碳化试验中的测试结果进行了对比,结果表明实验曲线与模拟曲线比较吻合,验证了利用有限元法求解扩散深度的可行性;对自然状态下混凝土的碳化深度进行三维模拟分析,为实际环境中的混凝土内的碳化深度扩散规律提供了依据。
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