混凝土冻融破坏的数值模拟研究
冻融循环下混凝土的动态数值模拟分析
收稿日期：２０１８０６１６
修稿日期：２０１８０７１０
作者简介：周禹辛（１９９４—），女，吉林长春人，硕士研究生，研究方向为防灾减灾工程及防护工程。Ｅｍａｉｌ：ｚｙｘ９４０４２６＠１６３．ｃｏｍ
１８２
水利与建筑工程学报
第 １６卷
Ｃ２５、Ｃ３０混凝土在 ５０、１００、１５０、２００次冻融循环后的 热传导分析，通过动力分析得到在不同冻融循环次 数下，混 凝 土 模 型 在 应 变 率 为 １０－２／ｓ、１０－３／ｓ、 １０－４／ｓ、１０－５／ｓ时单轴加压后的应力 －应 变 曲 线。 对比应力 －应变曲线中的峰值应力，总结混凝土结 构力学性能损伤的规律。
第 １６卷第 ５期
水利与建筑工程学报
Ｖｏｌ．１６Ｎｏ．５
２０１８年 １０月
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｏｃｔ．，２０１８
混凝土作为世界上使用范围最广的建筑材料， 随着城市化进程和城市基础设施的不断推进，其需 求量和消耗量日益增加。
在国际 混 凝 土 耐 久 性 学 术 会 议 中，Ｍｅｈｔａ教 授 指出［１］，混凝土损伤劣化的原因根据其重要性的顺 序分别为：钢筋腐蚀、严寒地区的冻融循环、侵蚀环 境下的物理化学作用。因此得出，冻融破坏是影响 混凝土结构寿命的重要因素之一。在国内，大部分 研究人员通过试验与大型有限元软件对混凝土的冻 融过程进行分析得到混凝土的力学性能损伤规律。 牛荻涛等［２］利用 Ｗｅｉｂｕｌｌ模型得出冻融作用后混凝 土的损 伤 变 化 量 与 冻 融 循 环 次 数 的 概 率 曲 线。 段 安［３］结合热力学、孔隙弹性力学和现存的数值模拟， 建立了混凝土的冻融过程的控制方程并进行了有限
混凝土冻融破坏研究现状
…
＝ ｒ（ ． ９—１ ｓ １ （ｉ ３ ， ／１０ ／ ）１ ， ）ｃ ， ， ／
（） １
式 中 田为水 的粘 性系数 ； 为混凝 土 中毛细孔 的饱 ｓ 水度 ； １ 为水 的冻 结速率 ；，为渗透率 ；Ａ为孔隙水 １ ， ｃ 到溢 出边界 的最大距离 。
该理论主要说 明孔 隙饱水 程度 和含气量 （ Ａ随着 气泡孔隙 的增加 而减低 ） 对混凝 土冻 融破坏 的影 响， 并且注意 到与 渗透 率直 接相 关 的毛细 孔 隙率 的重要 性 。所 以在一定负温下混凝土受冻程度 与混 凝土孔隙 结构及孔 隙中饱水程度 等有很大 的关 系。 混凝土孔隙水 的存在是混凝土发生冻融 破坏 的必 要条件之一 ，另一必要条件是外界气 温正负变化 ，使 混凝土孔隙 中的水反复发生冻融循环 ，这就 验证 了混 凝 土的冻融破坏与混凝土 中孔隙水存在 的形 式 、混凝
维普资讯
李金平等 ：混凝土冻融破坏研究现状
混凝土冻融破坏研究现状 水
李金 平 盛 煜 丑 亚玲
甘肃 兰州 ７ ００ ） ３０ ０ （ 中国科学 院寒 区旱 区环境 与工程研究所冻土工程 国家重坏机 理、影响 因素及提 高混凝土抗 冻性的措施三方 面入手 ，总结 和分析 了混凝 土的冻融破 坏研 究现状。认 为 ， 目前最为主要 的冻融破 坏理论是膨胀压 力理论和渗透 压 力理论 。还 总结 了当前提 高混凝 土抗冻性的几项基本措 施。
关 键 词 混凝 土 冻 融破 坏 冻 融破 坏 机 制 引 气 剂
引 言
某些混凝土工程 的过早破坏 ，其原 因不是 由于强 度不足 ，而是 由于混凝土耐久性不 良，且大多数 与混 凝土冻融作用有关 。低温对混凝土不利 ，例如在港 口 工程 、铁路 、桥涵 、混凝土路面工程 、城 市立交桥工 程 以及北方严寒地 区的工业 与民用建筑 等混凝土结 构 中 ，都存在着不 同程度 的冻融破坏 。较 为典型 的工 程 如东北 的云峰 水 电站 ，大坝 建成 运行 不 到 １ ０年 ，溢 流坝表面混凝 土冻 融破坏 面 积就 高达 １ ０ ００ ０ｍ ，占 整个溢流坝面积 的 ５ ０％左 右 ，混凝 土平 均冻 融剥蚀 深度达 １ ｍ以上 。 ０ｃ
混凝土破坏过程的数值模拟
胞模型 、镶嵌裂纹模型等[1～8 ] ·连续介质理论模 型在假设混凝土为均匀材料的基础上对其非线性 予以均匀化的描述 ,但不能描述细观非均匀性对 于材料损伤及破坏局部化的影响·一些细观模型 如梁单元模型的模拟以细观拉损伤为主要破坏机 制的混凝土宏观破坏 (单轴拉伸 、三点弯曲等) ,得 到了与实验结果较为一致的结论·但模拟混凝土 的单轴压缩时的破坏过程 ,得到的结果与实验结 果偏差较大·
义[1 ]
f ( u)
=m u0
u u0
m- 1
exp
-
um
u0
,
(1)
式中 , u 代表满足该分布参数 (例如强度 、杨氏模 量 、剪切模量等) 的数值 ; u0 是一个与所有单元参 数平 均 值 有 关 的 参 数; 形 状 参 数 m 定 义 了 Weibull 分布密度函数的形状·
在本次数值分析中 , 2 种颗粒单元和 3 种不 同性质梁单元随机分布形成非均匀数值试样 , 颗 粒单元和梁单元力学性质的平均值见表 1·
混凝土受压破坏过程数值模拟在单轴受压状态下2种颗粒单元和单元力学参数均按weibuii分布密度函数取值数值试验结果显示随着混凝土材料细观力学性质分布的均匀性不同其破坏形态有很大差异weibuii分布函数的形状参数种梁单元的力学参数较为均匀试件破坏形态与主要破坏过程的数值模拟结果如图结果表明当混凝土细观力学性质较为均匀时表示混凝土材料内部缺陷很少在压应力作用下材料内部产生的裂纹很少在靠近两侧的无约束边缘处首先出现裂纹这是由于试件在压应力作用下向两侧膨胀从而在两侧产生拉应力导致裂纹出现随着压应力的不断增大裂纹逐渐向混凝土材料内部扩展直到试件破坏weibuii分布函数的形状参数料力学性质离散大即试件混凝土的细观力学性质很不均匀试件破坏形态与主要破坏过程的数值模拟结果如图3所示此时混凝土材料内部缺陷如微裂纹增多尤其在骨料和砂浆的界面上缺陷较多裂纹首先从界面产生裂纹尖端绕过骨料并随压应力增大逐渐向砂浆扩展最后贯通导致混凝土破坏这个结果说明混凝土材料力学性质的弱化是由于内部结构在受力后不断损伤导致裂纹产生而引起的混凝土材料力学性质在细观层次上的非均匀性是不可忽略的东北大学学报自然科学版第25crackhistorycubicspecimendifferentstagescrackhistorycubicspecimendifferentstages中计算结果给出的图形颜色灰度反应了梁单元强度的大小颜色越接近黑色表示该处强度越低当梁单元受力包括轴力弯矩和剪力达到其极限强度时该梁单元断裂试件中已形成裂纹在图中显示的颜色为黑色数值模拟可以跟踪混凝土试件内部裂纹萌生扩展贯通导致混凝土破坏的全过程数值模拟结果表明混凝土材料破坏是其内部潜在的各种缺陷引起的其破坏过程就是裂纹的萌生扩展以及裂纹间的贯通最终形成宏观裂缝导致混凝土失稳破裂的过程混凝土的破坏是由于材料中潜在的各种缺陷引起的而材料性质细观非均匀性和缺陷分布的随机性是造成混凝土材料内部裂纹产生以及材料宏观应力应变曲线非线性的根本原因混凝土材料的破坏过程实际上就是内部裂纹萌生扩展贯通直到产生宏观裂纹导致混凝土失稳破裂的过程1梁颗粒模型bpm可以对内部裂纹萌生扩展贯通导致混凝土破坏的全过程进行较好的数值模拟2混凝土破坏过程就是微裂纹萌生扩展贯通直到宏观裂纹产生导致混凝土失稳破裂的过程数值模拟结果显示随着混凝土细观力学性质分布的均匀性不同混凝土试件破坏形态产生较大变化混凝土试件的宏观力学
混凝土的冻融性能研究与改善
混凝土的冻融性能研究与改善随着气候变化的不断加剧，混凝土结构在冬季面临的冻融环境下容易出现破坏。
因此，研究混凝土的冻融性能以及改善其性能具有重要意义。
本文将探讨混凝土的冻融性能研究现状，并提出改善混凝土冻融性能的方法。
一、混凝土的冻融性能研究现状混凝土是一种由水泥、砂、石子和其他添加剂组成的复合材料。
在冻融环境下，水分在混凝土中结冰和融化，导致混凝土内部产生应力和变形，进而引发开裂和破坏。
为了研究混凝土的冻融性能，许多学者进行了大量的实验和数值模拟。
实验方面，他们通过混凝土试件的冻融循环试验来评估混凝土的性能。
通常，他们会测量试件在冻融循环过程中的强度损失和变形情况，并对试件进行显微观察，以分析开裂机理。
数值模拟方面，他们利用计算机模拟方法，对混凝土在冻融循环过程中的力学响应和热湿传输进行建模和仿真，以深入理解其性能。
通过这些研究，学者们认识到混凝土的冻融性能与多个因素相关，包括材料性质、外部环境和结构设计等。
具体来说，混凝土的抗冻性能主要受水灰比、气泡剂、细骨料种类、摩擦系数等因素的影响。
此外，外部环境条件，如温度变化、湿度和载荷等，也会对混凝土的冻融性能产生重要影响。
最后，结构设计的合理性以及施工工艺也对混凝土的冻融性能起到决定性作用。
二、改善混凝土冻融性能的方法为了改善混凝土的冻融性能，学者们提出了许多措施。
下面介绍几种常见的方法：1. 添加气泡剂：气泡剂可以生成大量微小气泡，这些气泡在混凝土中形成稳定的孔隙结构，从而降低冻融循环时的内部应力和变形，提高抗冻性能。
2. 优化材料配比：通过控制水灰比、细骨料种类和用量等，可以调整混凝土的力学性能和抗冻性能。
例如，采用矿渣粉等掺合料可以提高混凝土的抗冻性能。
3. 采用保护措施：在混凝土表面施加防水涂层或使用护面剂等保护措施，可以减少水分进入混凝土内部，降低冻融损伤的风险。
4. 优化结构设计：在混凝土结构设计中考虑冻融影响，合理布置伸缩缝和防水层，增加结构的抗冻性能。
《冻融冰水界面静冰压力作用下钢筋混凝土桥墩破坏的分析》范文
《冻融冰水界面静冰压力作用下钢筋混凝土桥墩破坏的分析》篇一一、引言在自然环境及气候条件下，特别是在严寒地区，冻融循环对钢筋混凝土桥墩的破坏是一个不可忽视的问题。
冰水界面静冰压力作用下的冻融过程，不仅会改变桥墩的物理性质，还会对其结构稳定性产生深远影响。
本文旨在分析冻融冰水界面静冰压力作用下钢筋混凝土桥墩的破坏机制，以期为相关工程提供理论依据和解决方案。
二、冻融循环与冰水界面静冰压力冻融循环指的是水体在结冰与融化的过程中产生的物理化学变化。
在这个过程中，由于水的反复结冰和融化，对建筑结构产生持续的应力。
而冰水界面的静冰压力则是在结冰过程中，由于冰层形成对水体产生的压力。
这两种作用力在钢筋混凝土桥墩上产生的影响是叠加的，加剧了桥墩的破坏程度。
三、钢筋混凝土桥墩的破坏机制1. 物理性质改变：在冻融循环和静冰压力的作用下，桥墩内部的混凝土会发生膨胀和收缩，导致其内部结构发生变化，强度和耐久性降低。
2. 钢筋锈蚀：由于水分渗透到混凝土内部，与钢筋发生反应，导致钢筋锈蚀。
锈蚀的钢筋体积增大，对周围混凝土产生挤压，进一步加剧了桥墩的破坏。
3. 界面粘结失效：由于混凝土的劣化和钢筋的锈蚀，钢筋与混凝土之间的界面粘结力降低，导致钢筋无法有效传递荷载，桥墩的承载能力降低。
四、破坏模式分析1. 表面剥落：在冻融循环和静冰压力的共同作用下，桥墩表面混凝土发生剥落，露出内部的钢筋。
2. 裂缝扩展：由于内部应力的积累，桥墩出现裂缝，并随着时间推移逐渐扩展，降低桥墩的承载能力。
3. 结构失稳：当裂缝扩展到一定程度时，桥墩的结构稳定性受到威胁，可能出现局部或整体失稳的情况。
五、应对措施与建议1. 提高混凝土的抗冻性：通过优化混凝土配合比，提高其抗冻性能，减少冻融循环对桥墩的影响。
2. 设置防水层：在桥墩表面设置防水层，防止水分渗透到混凝土内部，减缓钢筋锈蚀和混凝土劣化的速度。
3. 加强钢筋与混凝土的粘结：通过采用高性能粘结材料或增加界面粗糙度等方法，提高钢筋与混凝土之间的粘结力。
高寒地区混凝土结构冻胀的数值模拟方法研究
高寒地区混凝土结构冻胀的数值模拟方法研究张国新郑璀莹（中国水利水电科学研究院结构所北京 100038）【摘要】在高寒地区，水工建筑物的冻胀是一个较为普遍的现象，在位移观测中，表现为坝顶位移观测过程呈“双峰”现象，这是温度升降引起的热胀冷缩与冻胀融缩联合作用的结果。
由于物理过程复杂，混凝土结构的冻胀未见用数值方法进行模拟的。
本文研究了考虑水-冰相变的温度场的计算方法，通过有限元仿真分析的方法对高寒地区混凝土结构进行冻胀模拟，所得计算结果与实验值、观测值验证良好。
【关键词】冻胀相变仿真分析0 前言冻融破坏是北方地区水工混凝土建筑物的主要病害之一。
当混凝土的孔隙率和饱和度达到一定程度之后，冬季气温降低至一定程度时，孔隙水会结冰。
由于水在由液态到固态的相变过程中，会有9%左右的体积膨胀，这个体积膨胀会在混凝土的细观尺度上引起不均匀的应力分布，局部应力超标后会引起混凝土的局部损伤。
在大体积混凝土结构的内部，由于材料颗粒之间的相互约束，冰冻仅在局部引起较大的压应力，因而一般不会引起严重损伤；而结构表面附近由于自由面的存在，冰的膨胀受约束较小，会引起平行于自由面法向的拉应力，而当拉应力超出材料的强度时，出现细观裂缝，加上结构表面一般饱和度高，冰膨胀率大，会引起相对严重的损伤。
在反复冻融作用下，结构表面会出现剥离等病害现象。
冻融破坏一般发生在大体积混凝土的表层。
而在我国北方及北欧等高寒地区，水工建筑物内部的冻胀破坏是较为普遍的现象，其表现为冬季气温降至零下以后，结构尺寸不仅不随温度降低而缩小，反而出现膨胀。
建筑物的冻胀即是孔隙水结冰过程中体积膨胀的宏观表现。
由于冻胀作用破坏了局部材料的内部细微观构造，因此变形在温度再次升高到正温时一般不能恢复到0，即存在残余冻胀。
残余冻胀是混凝土细观损伤的宏观表现。
建筑物在荷载及环境因素作用下，呈复杂的变形与受力状态。
当兼有冻融作用后，变形和受力状态变得极为复杂。
观测结果表明，我国北方地区混凝土坝的坝顶变形表现出逐年长高和“双峰”现象，即在入冬后，坝高随着气温降低而增加（冬胀），当气温达到最低时，坝顶竖向位移达到第一个峰值；之后，随气温的升高坝高逐渐降低，到4～5月份时，坝顶变形量达到底谷；随后，随着气温的升高，坝体又发生升高变形，到7～8月气温最高时，变形达到了第二个峰值。
冻融作用下混凝土的损伤与断裂研究共3篇
冻融作用下混凝土的损伤与断裂研究共3篇冻融作用下混凝土的损伤与断裂研究1随着人们对建筑物性能的要求逐渐提高，混凝土已成为现代建筑中最广泛使用的材料之一。
但混凝土在其使用寿命中会受到环境和外界因素的影响，其中最常见的是冻融作用。
冻融作用是指混凝土在低温下冰冻，导致水膨胀和结构损伤，在温度升高后冰块融化，水分迅速流动，使混凝土内部产生传力不平衡，加速其损坏和破坏。
本文将介绍冻融作用对混凝土的损伤与断裂研究。
一、冻融作用的机理混凝土中的水分在低温下容易冰冻，从而发生膨胀，现代混凝土中常常加入气孔剂或水化物粉末等化学修饰剂以提高混凝土的抗冻性。
当温度升高时，冰块融化，水分快速流动，使混凝土内部发生传力不平衡，在冰块和渗水的作用下，混凝土内部发生不同形式的损伤与断裂。
二、冻融作用对混凝土的影响冻融作用对混凝土的影响主要体现在两个方面：1. 物理损伤低温下，混凝土内部的水分容易冰冻，水的体积膨胀率达到9%以上，这就造成了显著的物理变化。
长期受到这种物理性膨胀和收缩的影响，混凝土内部的结构容易发生破坏，出现龟裂、剥落、起伏、脱落等现象。
2. 化学反应混凝土中的水分和钙化合物在低温下容易反应生成熟料骨料种类，随着冰的消融，这种骨料会被带到混凝土的内层，因此，发生冻融作用的混凝土中强度将随之下降。
三、冻融作用对混凝土结构的损伤与断裂研究1. 冻融循环试验冻融循环试验是评估混凝土抗冻性能的一种方法。
该方法通过不断重复模拟冰冻和融化的过程，观察混凝土在不同状态下的抗损性能。
试验结果表明，冻融循环时，混凝土的强度明显下降，严重时可导致牢固性能丧失。
2. 数值模拟数值模拟是通过对混凝土冻融过程中的物理机制进行模拟研究，从而预测混凝土在不同条件下的损伤情况的方法。
数值模拟可以预测混凝土覆盖物在不同冻融条件下的破坏及其变形，为设计人员提供重要基础数据。
3. 微观分析微观分析是通过对混凝土材料结构、组成和特性进行深入分析，探索其冻融损伤与断裂机制的方法。
混凝土冻融破坏机理的研究
混凝土冻融破坏机理的研究
混凝土在冻融循环中容易发生破坏。
其主要机理包括：
1.冰晶体积扩大引起的力学破坏：当冰晶形成时，其体积会由于晶体
内部结构和晶点排列的变化而产生体积扩大。
当水凝固为冰时，这种体积
扩大会生成应力，使混凝土表面裂开或局部破坏。
2.冰晶的渗透力破坏：当冰晶透过混凝土中单向的孔隙分布时，它们
会继续生长并扩大孔隙。
这种扩张和收缩可以远远超过混凝土本身的收缩，在持续冻融循环下，可以导致混凝土内部的细微裂纹扩大并加剧损坏。
3.水分的吸震作用：在冻结过程中，混凝土的水分会无法流动，而渗
透冻结的水会对混凝土结构产生振动，加速混凝土的损坏。
因此，在混凝土结构的设计和维护中，冻融破坏机理需要得到充分考虑。
例如，在设计中需要根据环境条件和需求选择合适的混凝土材料，以
及优化施工方式，避免产生过多的损坏和修复成本。
在维护中，需要及时
对现有损坏进行修复，并采取有效的防护措施，以延长混凝土结构的使用
寿命。
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收 稿 日期 ：２０１４一Ｏ９—２３ 基 金 项 目 ：河 北 省 自然 科 学 基 金 （Ｅ２０１５２０４１¨ ）；河 北 省 教 育 厅 重 点 项 目 （２Ｄ２０１６０３７）；河 北 农 业 大 学 理 工 基 金
（ＺＤ２０１５０４）．
作 者 简 介 ：兰 薇 （１９８８一），女 ，硕 士 ，研 究 方 向 ：混 凝 土 内久 性 ． 通 讯 作 者 ：刘 燕 （１９７５一），女 ，河 北 省 保 定 市 人 ，博 士 ，教 授 ，主研 方 向 ：混 凝 土 耐 久性
混 凝 土 冻 融破 坏 的数 值 模 拟 研 究
兰 薇 ，张 锦 ，刘 燕
（河 北 农 业 大 学 城 乡 建设 学 院 ，河 北 保 定 ０７１００１）
摘 要 ：本 研 究 以混 凝 土 的质 量损 失率 、强 度 损 失 率 以及 外 观 变 化 作 为 评 判 混 凝 土 冻 融 损 伤 的 重 要 指 标 ，在 试 验
的 基 础 上 采 用 ＡＢＡＱＵＳ有 限 元 分 析 软 件 对 冻 融 损 伤 过 程 进 行 数 值 模 拟 ，探 讨 冻融 循 环 次数 对 各 强 度 混 凝 土 的
影 响 以 及 不 同 水 灰 比的 混 凝 土 抗 冻 性 能 的差 别 。对 比分 析 表 明 ：数 值 模 拟 的计 算 结 果 与试 验结 果 相 一 致 ，可 有
ＬＡＮ Ｗ ｅｉ， ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ， ＬＩＵ Ｙａｎ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｕ ｒｂａｎ ａｎｄ Ｒｕｒａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈ ｅｂｅｉ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７ １ ００ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｔｈｅ ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＡＢＡ ＱＵＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ ｃｙｃｌｅｓ ｏｎ ｖａｒｉｏｕｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｒａｄｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅ ｆｒｏｓｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗ ｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗ ａｔｅｒ ｃｅｍ ｅｎｔ ｒａｔｉｏｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔ ｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｅｄ ｔｈａｔ，ｔｈｅ ｎｕｍ ｅｒｉｃａ１ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ。 ｉｎｄｉｃａ ｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｉｔ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｓｉｍ ｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ ｃｙｃｌｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ． Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｔｅｓｔｉｆｙ ａｎｄ ｅｘｐｌａｉｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ ｃｙｃｌｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ ｃｙｃｌｅｓ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍ ｅｔｈｏｄ；ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｕｐｌｉｎｇ
过程 ，探讨 混凝 土冻 融损伤 的规 律 ，并 与试 验结 果 进 行对 照分析 ，可 为 混凝 土冻 融 损 伤 的研 究 开 辟 一 个 新 的 途 径 ＿ｌ 。
本研究 在 冻 融 试 验 的基 础 上 ，利 用 ＡＢＡＱＵＳ 有 限元软件 对 混凝 土 冻 融 试 验进 行 数 值 模 拟 ，采 用 热力 耦合模 型来 模 拟 冻 胀 力 ，与 试 验结 果 进 行 对 比
效 验 证 并 解 释 试 验 结 论 ，为 混 凝 土 冻 融 损 伤 的研 究 提 供 理 论 指 导 。
关 键 词 ：混 凝 土 ；冻 融 循 环 ；有 限 元 分 析 ；热 力 耦 合
中 图分 类 号 ：ＴＵ５２８．１
文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｅ—ｔｈａｗ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｃｏｎｃｒｅｔｅ
中国处在 北 温 带 ，大 多 数 ｝昆凝 土结 构 都 遭 受着 冻融 循 环 的破 坏 作 用 ，为 人 民的 生命 财 产 安 全 带来 严重 威胁 ，因此 对 冻 融 损 伤 的研 究 是 必 不 可 少 的 。 在试 验研 究 中 ，往 往受 客观 条件 的 限制 ，并 不能 真 实 反 映实 际服役 条件 下 的荷载 及外 界环境 的影 响 。因 此 ，采用 数值 模 拟方 法 来 研 究 混凝 土 冻 融 循 环 的全
第Hale Waihona Puke ３９卷 第 ３期 ２０１６年 ５月
河 北 农 业 大 学 学 报
Ｊ（）Ｕ ＲＮ ＡＬ ＯＦ ＡＧ ＲＩＣＵ Ｉ ＴＵ Ｒ ＡＩ Ｕ ＮＩＶＥＲＳＩＴ Ｙ ＯＦ Ｈ ＥＢＥＩ
文 章 编 号 ：１０００—１５７３（２０１６）０３—０１ｌ６—０５
Ｖ ｏ１．３９ Ｎ Ｏ．３ Ｍ ａｙ．２ ０ １ ６