【摘 要】
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混凝土的多尺度研究有利于加深对细观组分尺寸、占比及随机分布所致宏观性能变化的理解,相关规律的总结有利于实际生产。混凝土细微观尺度上的变化最终导致宏观尺度上的失效,而实际工程中构件的失效往往由材料特性和受荷状态等多种因素所决定,对冻融环境中混凝土构件的耐久性研究亦可以由此入手。本文考虑材料具有的随机特性,荷载与冻融耦合作用的影响特点,分别从细观和宏观两个尺度层面对混凝土的冻融破坏展开研究,并运用概率
【基金项目】
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云南省科技厅科技计划（202001BB050059）；
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混凝土的多尺度研究有利于加深对细观组分尺寸、占比及随机分布所致宏观性能变化的理解,相关规律的总结有利于实际生产。混凝土细微观尺度上的变化最终导致宏观尺度上的失效,而实际工程中构件的失效往往由材料特性和受荷状态等多种因素所决定,对冻融环境中混凝土构件的耐久性研究亦可以由此入手。本文考虑材料具有的随机特性,荷载与冻融耦合作用的影响特点,分别从细观和宏观两个尺度层面对混凝土的冻融破坏展开研究,并运用概率密度演化理论评价了宏观梁构件可靠度随冻融循环次数的变化。主要研究内容和结论分为以下四个部分:（1）针对已有混凝土二维细观建模方法的特点与不足,通过图片像素RGB识别与侵入判定,实现多种不同形状组分的随机分布,以较高的效率得到了大量的样本,并运用均匀化方法求解宏观等效力学性能,使得细观骨料级配的差异在宏观梁构件损伤破坏上得到体现。（2）实际生产过程中,混凝土构件可能存在初始损伤。对混凝土棱柱体试件设置预制裂缝,进行抗冻试验后发现:冻融所致裂缝易在预制裂缝位置产生并沿所在平面向下扩展延伸,损伤平面易经过砂浆与骨料交界面,因其具有较为薄弱的性能;在试件上预制一定深度的裂缝,可能使其在经历较少冻融循环次数的条件下产生较大的塑性应变,进而导致失效。（3）混凝土中孔隙水的分布特性是影响其抗冻性能的主要因素,探究细观模型中孔隙水面积占比及随机分布能对其损伤规律有更深入的认识,通过多组模型模拟结果对比分析可知:在冻融循环过程中,损伤率先在孔隙水周围产生,损伤在不同区域的扩展速度不同,因而孔隙水在模型内的随机分布会导致损伤程度的不同;受荷载耦合作用的影响,一定大小的拉应力会显著促进损伤的延伸,而压应力则会在一定程度上抑制损伤的展开。（4）考虑冻融环境中混凝土的本构特征和混凝土、钢筋、外部荷载的随机特性,基于概率密度演化理论,提出了冻融环境中简支梁的可靠度计算方法。根据混凝土经受不同次数的冻融循环的本构关系,建立多组钢筋混凝土简支梁有限元模型,分析其非线性损伤表现。通过提取挠度值,得到了混凝土简支梁的概率密度演化曲线和可靠度变化曲线,分析可知:冻融作用导致梁构件的可靠性能随冻融循环次数增多而迅速下降;当选用混凝土强度等级确定时,适当提高底部纵筋直径,可以有效提高其在冻融环境中的可靠度。
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