混凝土是土木工程领域使用最广泛的材料之一。与很多固体材料类似,混凝土的粘弹性是材料自身的基本性质,对徐变、阻尼和宏观力学性能等均有着重要影响。尽管混凝土的粘弹性已不断得到关注和研究,并在结构分析中加以考虑,但由于实际工程中荷载变化的复杂性,尚需要开展不同荷载条件下的混凝土静动态粘弹性能的系统研究。本文通过不同加卸载速率下的短期持荷/恢复试验和不同荷载频率下的轴压滞回试验进一步分析混凝土的静动态粘弹性能及其影响规律。基于试验数据,研究分数阶导数理论(导数阶数在0～1之间)在混凝土材料粘弹性能描述中的适用性,提出了相应的修正模型和参数识别方法,并探讨静动态粘弹性特征间的转换关系。主要研究内容如下:(1)基于混凝土徐变和徐变恢复研究方法,进行混凝土静态粘弹性能的试验研究。试验中重点考虑了加载速率、卸载速率和持荷时间三种因素对混凝土静态粘弹性能的影响,得到混凝土在持荷阶段的徐变、卸载后的徐变恢复和残余变形以及加卸载阶段弹性模量随加卸载阶段荷载速率的变化规律。为更好排除环境因素的影响,反映混凝土材料自身的粘弹性能,将持荷时间控制在分钟级别。(2)对混凝土静态粘弹性能进行分析。首先对比现有徐变模型对混凝土短期持荷阶段变形的预测效果,检查造成误差的原因;从徐变恢复和残余变形角度,分析了现有徐变恢复计算方法对卸载后混凝土滞后变形恢复的预测效果,提出了适合于短期徐变和徐变恢复描述的模型组合形式。然后从短期徐变和徐变恢复角度分析分数阶导数理论在混凝土静态粘弹性能计算中的适用性,提出考虑混凝土变形恢复特征的修正分数阶粘弹性模型,并结合试验数据给出不同工况下的模型参数取值。(3)针对混凝土动态粘弹性能,借鉴沥青材料动态模量试验方法,开展不同荷载频率下的混凝土轴压滞回试验。试验中主要考虑了外荷载频率对混凝土滞回耗能性能和动态弹性模量的影响,为进一步理解混凝土的动态粘弹性能提供了数据支撑。(4)从耗能-频率相关性和滞回曲线两个角度,综合研究分数阶导数理论在混凝土动态粘弹性能分析中的适用性。结合动态试验数据,给出经典粘弹性模型和分数阶粘弹性模型的参数取值。针对分数阶粘弹性模型中分数阶导数的识别问题,提出一种基于滞回曲线特征点方程和耗能-频率关系式的简化识别方法。通过与试验数据对比,验证了该方法的有效性。(5)基于粘弹性理论,进行混凝土材料静动态粘弹性特征(徐变柔量-复模量)的转换计算分析。首先基于分数阶粘弹性模型,分析静动态粘弹性特征间直接转换计算存在的问题。然后采用广义粘弹性模型,进行静动态粘弹性能特征间的转换计算分析。结合试验数据,验证广义粘弹性模型对混凝土静动态粘弹性单独描述的准确性。考虑到转换中存在的Laplace变换和Laplace逆变换增加了计算的复杂性,基于Volterra积分算子推导出近似转换公式。通过将转换计算结果和试验数据进行对比,验证该方法的可行性,为混凝土静动态粘弹性能分析提供一种新的参考。