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
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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。
冻融循环破坏研究进展
外部因素
冻融温度、冻融速率、外加荷载
施工因素
配合比、养护条件
混凝土的密实度越大，抗冻性越好。
混凝土强度越高， 抗冻性越好。
混凝土的开口空隙越多，抗冻性越差。
水灰比越大，开口空隙越大，抗冻性越差。
混凝土的饱水程度达到吸水饱和状态，容易发生冻融破坏。
• 丌同水灰比下混凝土中与混凝土体积膨胀量（%） 水的膨胀与混凝土的体积（%）
破 坏 理 论
孔结构理论 充水系数理论 临界饱水值 理论
目前认可度较高的是美国学者提出的膨 胀压理论和渗透压理论。
3.2 膨胀压理论认为：
•
在一定负温下混凝土中的毛细孔水发生物态变 化, 由水变成冰, 体积膨胀约 9 % , 因受毛细孔壁 约束形成膨胀压力, 从而在孔周围的微观结构中产 生拉应力。这种在负温下因水体积膨胀而产生膨 胀压力从而导致的破坏, 主要取决于混凝土中水的 存在形式及其内部微观孔隙结构和外界正负温度 变化等因素。
5 混凝土冻融破坏的防治
设计方面
材料选择及配合比方面
施工方面
掺入少量减水剂、早强剂、 在易出现裂缝的地方加大 防冻剂、引气剂、限制水 控制好坍落度、振捣过程 配筋，对于混凝土构筑物， 灰比、选择抗冻性好的硅 不要太长、加强早期养护。 要有防水、排水措施。 酸盐水泥。
6 感悟
•
混凝土结构发展到现在，理论部分已经趋于 成熟，未来将会有越来越多的人研究混凝土的耐 久性问题，抗冻性作为耐久性方面一个丌可回避 的话题，将会越来越表现出其重要性。目前对于 冻融循环的研究存在很多丌足之处。所以，我们 仍需要努力、努力、再努力。
• 膨胀压理论不渗透压理论的异同点
相同点
都认为是内部压力造成混凝土破坏，即水转变为冰的体积膨胀造成 的水膨胀压力和冰水蒸汽压差别造成的渗透压力。
基于混凝土冻融循环的试验研究
基于混凝土冻融循环的试验研究一、研究背景混凝土在严寒地区的使用存在一定的问题，主要是因为混凝土的冻融循环性能不佳。
冻融循环会导致混凝土内部微观结构发生变化，从而引起混凝土的开裂、破坏等问题。
因此，研究混凝土的冻融循环性能，对于保证混凝土在严寒地区的使用安全和可靠性具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在通过试验研究的方式，探究不同材料配合比、不同孔隙结构、不同冻融次数等因素对混凝土冻融循环性能的影响，从而为混凝土在严寒地区的使用提供参考依据。
三、实验设计1.试验材料本研究采用C30混凝土作为试验材料，其中水泥采用普通硅酸盐水泥，粗骨料采用40mm以下的碎石，细骨料采用机制砂。
试验中还将掺入不同类型的掺合料，如粉煤灰、硅灰、高效膨胀剂等。
2.试验方法（1）制备混凝土试件按照设计配合比制备混凝土试件，试件尺寸为100mm×100mm×100mm。
试件在模具中振实，并采用养护箱进行养护，保持湿润状态。
（2）冻融循环试验将试件放入冻融循环试验机中，进行冻融循环试验。
每次循环包括将试件放入低温箱中进行冷冻，然后将试件放入常温箱中进行回温，循环次数根据设计要求设置。
（3）试验数据处理进行试验前，对试件进行质量检测，测试试件的密度、抗压强度等指标。
在试验过程中，记录试件的质量变化、裂缝情况等数据。
试验结束后，进行试件的抗压强度测试。
四、实验结果与分析1.不同材料配合比对冻融循环性能的影响将试验材料按照不同的配合比制备混凝土试件，进行冻融循环试验。
试验结果表明，在相同的冻融循环次数下，C30混凝土的抗压强度随着水灰比的增加而降低；而掺入一定量的粉煤灰和硅灰可以有效地提高混凝土的冻融循环性能，抗压强度损失率显著降低。
2.不同孔隙结构对冻融循环性能的影响在混凝土中添加不同类型的掺合料，可以改变混凝土的孔隙结构。
本研究采用高效膨胀剂和普通膨胀剂对混凝土进行改性，结果表明，添加高效膨胀剂可以有效地改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的冻融循环性能。
混凝土冻融循环破坏研究进展
混凝土冻融循环破坏研究进展第26卷第6期Vo l 126 No 16材料科学与工程学报Jo urnal o f Mater ials Science &Eng ineer ing总第116期Dec.2008文章编号:1673-2812(2008)06-0990-05混凝土冻融循环破坏研究进展张士萍,邓敏,唐明述(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京 210016)=摘要> 本文对目前混凝土冻融破坏研究新进展进行了全面综述,介绍了已有的关于冻融破坏机理的几种假说,并且对静水压理论和渗透压理论的适用条件以及合理性提出了质疑。
同时论述了孔结构、饱水度、含气量和环境条件对冻融破坏的影响,国内外冻融循环试验方法和判据以及预防冻融破坏的措施。
=关键词> 混凝土;冻融循环;机理中图分类号:T U 528 文献标识码:AAdvance in Research on Damagement of ConcreteDue to Freeze -thaw CyclesZHANG Sh -i ping,DENG Min,TANG Ming -shu(College of Materials Science and Engineering,Nanjing University of Technology,Nanjing 210009,C hina)=Abstract > T he advance in research on damag ement o f co ncr ete caused by freeze -thaw cycles is reviewed.T he ex isting hy po theses fo r deter io ratio n of concrete due to fr eeze -thaw cycles is discussed,and ther e is do ubt on the applicability and ratio nalit y of hydraulic pressur e and osmo tic pressur e.T he effect o f pore st ruct ur e,w ater satur ation,air -entr aining and env iro nmental co nditions o n f reeze -thaw damag ement,the testing methods and cr iteria fo r fr eeze -thaw cycles and prev entiv e measures ar e also present ed.=Key words > concrete;f reeze -thaw cycles;mechanism收稿日期:2007-11-14;修订日期:2008-03-03作者简介:张士萍(1982-),女,江苏南京人,博士研究生,从事水泥混凝土耐久性方面的研究。
受冻融混凝土本构关系研究和冻融过程数值模拟共3篇
受冻融混凝土本构关系研究和冻融过程数值模拟共3篇受冻融混凝土本构关系研究和冻融过程数值模拟1受冻融混凝土本构关系研究和冻融过程数值模拟混凝土是一种广泛应用于工程结构中的重要材料。
然而，在寒冷的气候条件下，混凝土可能会受到冻融循环的影响，导致结构的损坏。
因此，研究受冻融混凝土的本构关系以及冻融过程的数值模拟，对于提高混凝土的耐久性和结构的稳定性都具有重要的现实意义。
受冻融循环对混凝土的影响主要表现在以下几个方面：一是混凝土的长期强度和刚度受到破坏，导致结构的变形和裂缝的产生；二是因冻胀作用，混凝土的内部会发生明显的毛细结构改变，从而导致其孔隙率和渗透性的增大，使结构受到更大的损失；三是混凝土的耐久性降低，很容易受到化学物质和冻融作用的双重破坏。
受冻融混凝土的本构关系是研究其结构性能的关键所在。
通常，受冻融混凝土的弹性模量、剪切模量和体积模量等力学特性受到明显的影响。
当温度下降时，混凝土的弹性模量和体积模量都会随之降低；而当温度继续下降到一定程度后，孔隙结构的改变会导致混凝土弹性模量的明显下降。
同时，混凝土的剪切模量也会随着温度的变化而发生明显的变化，这与混凝土的结构形态、孔隙结构和物理力学特性等密切相关。
为了研究受冻融混凝土的本构关系，通常采用试验测定的方法。
其中，常用的试验方法包括室内试验和室外试验。
在室内试验中，通常采用称重法、压缩试验法、弯曲试验法、冻胀试验法等多种试验方法来测定受冻融混凝土的强度、刚度、变形和耐久性等性能指标，进而得到其本构关系。
而在室外试验中，则通过设置试验场地、搭建试验台架等手段，模拟实际环境下的受冻融循环过程，进而评估其结构性能。
除了试验方法外，数值模拟方法也被广泛应用于受冻融混凝土的研究中。
数值模拟方法可以通过计算机程序对混凝土的力学行为进行仿真分析，进而得到其本构关系和结构特性等信息。
通常使用的数值模拟方法包括有限元法、离散元法、计算流体动力学等。
这些数值模拟方法在受冻融混凝土的结构分析和耐久性评估中起着重要作用。
混凝土冻融循环的数值模拟研究背景和意义
贾世 欣
摘
要 ：在我 国的基础建设 中，混凝土结构是最普遍的结构形式。众所周知，在役 混凝土都是 暴露在 室外，时刻遭受着风吹 日晒 、环
境 污 染 、 天 气 变化 等 不 利 因素 的 影 响 ，使 得 混 凝 土 的 耐 久 性 损 伤 的 问题 日益加 重 。 混 凝 土 结 构 的 耐 久性 损 伤 问题 如 果 不 予 重 视 。将 对 国 家
影响 。
混凝土冻融循环数值模拟的研究现状 ：混凝 土是 由各种粗 细骨料组
成的非均质复合材料 ，传统中对混凝土的研究 ，都是采 用混凝土试验来 确定混凝土的各种力学性能 ，在钢筋混凝 土结 构设计 中所 采用的承 载极 限设计值也都是通过建立试验模 型进行试 验得 出的。在 试验过程 中会 消 耗大量的人力 、物力 ，并且耗费的时问也会很 长，同时也会产生大量 的 建 筑 垃 圾 ， 由于 客 观 条 件 的 限 制 ，实 验 结 果 与 实 际 工 程 会 有 一 定 的误 差 。近些年计算机技术飞速发展 ，给我们的生活带来 了极大 的方便 ， 计 算机在很多方面逐渐的代替了人力操作 ，有限元法是 随着计算机发 展而 迅速发展起来的一种现代计算方法 ，它是一种 有效的分析பைடு நூலகம்法 。在 连续 力学领域 、动态特性分析等领域应用广泛。随后又大量的应用在求 解热 传导 、磁场 、流体力学等连续性问题。近年来 ，国内外 学者对混凝 土的 数值模拟进行了大量的深入研究 ，混凝土材料数值模 拟发展也 已经相对 成熟 ，可 以为数值模拟提供大量的反馈信息 ，使得研 究结果也相对 准确 可靠 。 论文利用 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ对 混 凝 土 试 验 进 行 数 值 模 拟 ，此 前 中 国学 者 更 加 详细地考虑 了热应力之前 ，通过热粘合模型来模拟起伏力 ，本文 提供 了 温度应力区提供 了理论依据。天津大学赵代深对铜街子碾压混凝 土坝和 五强溪温度和应力场模拟研究了其他项 目的 ，模拟的全过程 ，提 出 了增 量动态仿真技术 ，清华大学等单位 ，专门的开发已经完成混凝 土温度场 有限元程序和数值模拟的应力场计算的蠕变 ，经常应用 ，已经在 实际工 程验证 。清华大学张国新 ，刘 教授官厅 实验观 察 ，并在 以下三种 方法 ， 结合研究 的最终温度场 的影响 Ｒ Ｃ Ｃ一级 的联合 分配初 始温 度的数 值计 算方法 。黎收揖 ，杨婷婷给出了具体的参数热 ，为了与实验 相 比，遗传 算法 的混凝土坝 的温度场 的基础上 ，我们反击的分析 。曹 为民 ，谢先坤 用层叠元模型朱岳 明提 出双线性过渡部分 ，以简化大型模拟 复杂的液压 些结构性 问题 ，后浇注混凝土模拟分层温度场它的用途 。赵提 出了应 力分析 的深刻代动态模拟 。陈里红 、傅作新教授等在温度应力 分析 中考 虑 了混凝土 的软化性能 。陈敏林提 出了估算应力方法 。 数值模拟具有 以下优 点：１ ．在试验 中经常 出现试验条 件变化 或环 境 的变化是不可避免 的，因此试验结果也会常常出现误差 ，但 是数值模 拟可 以根据需要设置相应 的试验条件及环境条件 ，这样就可 以避免试验 结果 随客观环境变化而变化的弊端 ，进而能保证试验结果 的准确性 。２ ． 众所周知 ， 混凝土试验耗 时长 ，且对人 的操作具有较高 的要求 ，同时还 会产 生大量 的建筑垃圾 ，试验环 境也相 当艰 苦 ，从 事试验 的研 究人 员 ， 也会长 时间的吸食水泥漂浮颗粒 ，危害身体健康 。而采用计 算机模 拟就 可以将 以上问题避 免 ，省时 、省 力且环保 。３ ．混凝土 试验大都 研究 的 混凝 土宏 观的力学性能 ，而数值模拟能研究混凝土 的微观 结构的力学性 能 ，能从微 观的角度解 释混凝 土的破坏机理 。 关于冻融循 环对混凝 土的破坏作用 ，前人 已经做 了较多 的研究 ，但 大都以试 验的方法进行 的，而采 用有 限元 模数值 拟的较 少 ，且不充 分 。 论 文以传热学、损伤力 学 、弹塑 性力学 ，有 限元法 等知识为 理论基 础 ， 并对混凝土冻融循环的实际环 境进行适 度的简化后 ，建立 了混凝 土冻融 循 环 模 型 ，并 与 试 验 结 果 相对 比 ，以 验 证所 建 立模 型 的 可 行 性 ， 为 今 后 混凝土冻融循环的数值模拟提供一定依据。以较小的代价 ，尽 可能真实 地模拟混凝土受压和冻融循环试验是本文 的 目标 。 （ 作者单位 ：内蒙�
混凝土冻融损伤本构模型研究
其次，冻融损伤混凝土的危害和影响也是研究的重要内容。冻融损伤会导致混 凝土的强度、刚度和稳定性下降，影响工程的安全性和耐久性。此外，冻融损 伤还会导致混凝土的体积膨胀和收缩，引发工程裂缝和变形等问题。
在研究方法方面，学者们采用了多种手段，包括实验研究、数值模拟和理论分 析等。其中，实验研究是最常用的方法，包括原材料实验、配合比实验、冻融 循环实验和性能测试等。数值模拟方法可以模拟冻融过程和混凝土的微观结构 变化，有助于深入理解冻融损伤的机理。理论分析则从宏观和微观两个层面， 对冻融损伤的机理和性能进行解析和预测。
其次，基于实验结果，采用损伤力学和物理力学理论，构建了混凝土冻融损伤 本构模型。该模型综合考虑了混凝土的泊松比、弹性模量、抗剪强度等物理力 学性质的变化，以及微裂缝的产生和发展。
最后，对所建立的本构模型进行验证和分析，将模拟结果与实验数据进行对比， 以评估模型的准确性和适用性。
实验结果与分析
通过对比实验和模拟结果，发现所建立的混凝土冻融损伤本构模型能够较好地 预测混凝土在冻融过程中的宏观表现和微观结构变化。模型能够模拟混凝土在 不同温度条件下的弹性模量、泊松比和抗剪强度的变化趋势，以及微裂缝的产 生和发展过程。
参考内容二
冻融对混凝土本构关系的影响研 究及冻融过程数值模拟
引言
混凝土是一种广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域的建筑材料。然而，在 某些地区，混凝土结构会受到反复的冻融作用，这对其性能和稳定性产生了重 要影响。冻融作用会引发混凝土内部微观结构和物理性能的变化，从而导致其 强度、刚度和耐久性的降低。因此，研究冻融对混凝土本构关系的影响具有重 要意义。
文献综述
混凝土冻融损伤本构模型的研究是一个复杂的问题，涉及到多个学科领域，如 材料科学、物理学、力学等。在国内外学者的不懈努力下，已经提出了一些混 凝土冻融损伤的本构模型。这些模型大多基于损伤力学和物理力学理论，考虑 了混凝土在冻融过程中的宏微观变化，为分析和预测混凝土冻融损伤提供了有 力支持。
多因素耦合作用下混凝土的冻融损伤模型与寿命预测
3、温度应力：由于混凝土内部 水分迁移引起的温度差异
1、损伤变量：混凝土冻融损伤的严重程度可以用损伤变量来表示。损伤变 量通常定义为混凝土在冻融循环作用下的质量损失、强度降低、吸水率增加等指 标。
2、损伤演化：通过对混凝土冻融损伤变量随时间的变化规律进行分析，可 以掌握损伤的演化过程。这有助于评估混凝土耐久性和预测其剩余寿命。
多因素耦合作用下混凝土的冻融损 伤模型与寿命预测
01 引言
目录
02 多因素耦合作用
03 混凝土损伤模型
04 寿命预测
05 结论
06 参考内容
引言
混凝土作为现代建筑工程中最为常见的材料之一，其性能的稳定性和耐久性 对于建筑物的安全和使用寿命至关重要。然而，混凝土在多种因素作用下易受损 伤，其中冻融损伤是一个常见的现象。混凝土在冻融循环作用下的损伤会导致其 强度和稳定性的
用于评估混凝土结构的耐久性和可靠性。同时，一些学者还提出了基于数据 驱动和机器学习的方法，如神经网络和支持向量机等，用于预测混凝土结构的剩 余寿命。
关键技术
本次演示选用了关键技术包括混凝土冻融损伤可靠度分析方法和剩余寿命预 测方法。在混凝土冻融损伤可靠度分析方面，采用了基于概率的方法对混凝土结 构在冻融环境中的可靠性进行分析。具体地，借助概率论和数理统计的知识，
建立起混凝土结构耐久性失效的概率模型，综合考虑了混凝土结构所受的各 种作用、材料性能的差异以及环境影响因素的不确定性。在剩余寿命预测方法方 面，本次演示采用了基于性能退化的方法。该方法首先通过实验获取混凝土结构 在不同冻融循环次数下的性能退化
数据，然后借助统计学习和机器学习的技术，建立起描述混凝土结构性能退 化与冻融循环次数关系的数学模型，最后利用该模型预测混凝土结构的剩余寿命。
基于ABAQUS的再生混凝土冻融性能数值模拟研究
长春工程学院学报(自然科学版)2020年第21卷第3期J.Changchun Inst.Tech.(Nat.Sci.Edi.),2020,Vol.21,No.32/27 5-11ISSN1009-8984CN22-1323/Ndoi：10.3969/j.issn.1009-8984.2020.03.002基于ABAQUS的再生混凝土冻融性能数值模拟研究张自荣，马超朋，姜天公平，张一蕾（长春工程学院土木工程学院，长春130012）摘要：随着建筑垃圾资源化的发展，再生混凝土在工程中的应用在不断推进。
若想全面推广再生混凝土,则需加强对其耐久性能的研究，其中耐久性的重要指标之一就是冻融性能。
利用ABAQUS有限元分析软件建立再生混凝土的温度场模型，将其结果作为预定义场导入热应力场，进行顺序耦合热应力分析。
持续进行冻融环境下抗压试验数值模拟分析，从数值模拟的角度分析再生混凝土循环冻融的破坏规律。
关键词：再生混凝土；冻融循环；数值分析；强度损失率中图分类号:TU528文献标志码:A文章编号：10098984（2020）030005070引言近年来，在我国环保意识和节能减排政策的引导下，科研人员加强了对再生骨料混凝土的各项力学性能和耐久性能的试验研究。
再生混凝土不仅可以从源头上减少对天然砂石的依赖性，还可以减少城市化进程中产生的建筑垃圾，实现建筑、资源与环境的健康良性的绿色可持续发展。
传统的试验方法是通过多次对再生骨料混凝土试件进行快速冻融试验，测定抗压强度损失率和耐久性系数来评估其抗冻融性能，以再生骨料取代率的大小和不同冻融次数为变量进行抗冻性能试验会造成需要较多的立方体和棱柱体试块。
此外，若想测定表面的应力应变变化情况,还需额外粘贴应变片来检测。
在试验过程中会消耗大量的试验材料和人工，并且试验周期相对较长，试验结束后也会产生大量的废弃试块垃圾。
还有实验过程受客观条件的限制，试验结果与实际工程也会产生一定的误差丄。
混凝土结构冻融损伤理论及冻融可靠度分析
都表明耐久性下降
不仅造成重大经济损失，而且严重威胁工程的安全 性。耐久性研究可分为材料学科和结构工程学科的 研究 。目前混凝土耐久性研究成果的绝大多数是 材料学科取得的。从材料学科的角度看，耐久性表 现为材料性能随时间的退化，主要包括钢筋锈蚀、
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收稿日期：2009-06-29；修改日期：2009-11-30
2 ⎧ ⎧ 1 ⎪ (ln n − µ N ) ⎫ ⎪ exp − ⎪ ⎨ ⎬, n > 0 2 f N (n) = ⎨ 2πσ N n 2σ N ⎪ ⎪ ⎩ ⎭ ⎪ n-0 ⎩0,
瞬时损伤 D(n) 0
冻融循环次数 N
(5) 则 D( n ) 的分布密度函数 f D (d ) 为：
Fig.1
图 1 疲劳累积损伤模型 Model for fatigue cumulative damage
工
程
力Hale Waihona Puke 学71的混凝土结构物，几乎 100%的工程局部或大面积 遭受不同程度的冻融破坏。 综上所述， 由于外界因素和内部缺陷而引起的混 凝土耐久性(材料和结构两方面)劣化， 进而导致其耐 久寿命降低，在国内外都是一个非常普遍的问题。
1847 年，德国人 C·沃勒用旋转疲劳试验机首先对 疲劳现象进行了系统的研究，提出 S-N 疲劳寿命曲 线及疲劳极限的概念，奠定了疲劳破坏的经典强度 理论基础。 疲劳累积损伤理论的基本假设是：在任何循环 应力幅下工作都将产生疲劳损伤，疲劳损伤的严重 程度和该应力幅下的循环数有关，与无循环损伤的 试样在该应力幅下产生失效的总循环数有关。而且 每个应力幅下产生的损伤是永存的，并且在不同应 力幅下循环工作所产生的累积总损伤等于每一应 力水平下损伤之和。 疲劳累积损伤模型是通过基于累积损伤理论 及应力幅值和循环次数的统计分布，得到关于累积 损 伤 或 疲 劳 寿 命 的 统 计 参 数 。 Wirsching[6] 和 Martindale[7]就根据 Miner[8]线性累积损伤理论提出 了一个疲劳寿命表达式，并在桥梁、建筑等行业得 到了广泛的应用。Zhao[9]等人曾采用 Miner 线性累 计损伤理论定义累积损伤 D(n)， 并建立起一个可靠 性分析模型。 在任何冻融循环温差作用下工作的混凝土构 件都会产生疲劳损伤，而且该损伤也是不能恢复 的；所以令 S 为冻融循环作用时的正负峰值温差， N 为使混凝土构件冻融循环破坏的循环次数(冻融 循环寿命)。 混凝土抵抗冻融循环破坏的能力一般采 用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》[10] 中的“快冻法”进行测定。按照该方法：快速冻融 试验机都是以试件中心温度作为冻融转化的控制 指标，所以混凝土的抗冻性试验基本上是以 S 为常 量进行的。 混凝土结构由于冻融循环导致的破坏是疲劳 破坏，该疲劳破坏是结构内部混凝土材料损伤的逐 渐累积过程，随着冻融循环次数的增加，材料内部 的疲劳损伤单调增加，导致混凝土结构抵抗外部荷 载的能力逐渐单调下降。如果令 D 为累积损伤( D 为瞬时损伤 D( n ) 的函数)， Dc 为临界累积损伤值， 其安全余量方程的基本形式可写为：
U型混凝土渠道冻胀数值模拟分析
U型混凝土渠道冻胀数值模拟分析渠道冻胀是造成渠道衬砌特别是刚性混凝土衬砌渠道破坏的主要原因，由于其抗拉抗弯性能差，当衬砌不能适应渠道基础土的冻胀变形或不能抵抗渠道基础土的冻胀力时，就会发生冻胀破坏。
U 形衬砌混凝土渠道以其水力条件好、占地面积小、防渗抗冻胀性能强等优点，在渠道建设和灌溉分区改造中得到了广泛的应用。
但是，灌溉分区渠道的地基土会反复冻融，衬砌渠道仍会受到不同程度的破坏。
为了改善这种情况，在设计过程中有必要充分了解U 形衬砌渠道倾角和厚度对降低冻胀的影响。
标签：U型混凝土;渠道冻胀;数值模拟一、U型混凝土渠道冻胀概述渠道衬砌是灌区灌溉渠道的主要组成部分。
在甘肃定西地区，由于冻融循环的影响，许多已建渠道衬砌受到不同程度的破坏，不仅增加了运行难度和维护难度，影响了工程的正常运行，而且影响了渠道衬砌的渗漏。
在定西地区，用于修复冻融循环作用造成的渠道损坏的资金不在少数。
在中华人民共和国水利部“十二五”规划期间，渠道衬砌按计划将在季节性地表地区修建。
防治渠道衬砌偏鼓问题有待进一步研究。
特别值得注意的是季节性冻土地区分布的变化以及防冻衬砌结构与传统衬砌结构的特点差异分析。
通过渠道防渗工程的建设，渠系水资源利用系数得到了很大的提高。
还应当指出，所有这些防渗工程都受到不同程度的破坏，50% 的现有设施、40% 的运河系统建筑物和32% 的衬砌渠道受到破坏。
特别是在西北季节性冻土区的定西地区，渠道衬砌的冻胀破坏较为严重。
通过目前广泛应用的大型U 形渠道的冻胀观测试验，收集了原型渠道冬季运行期间的各项参数，包括渠道衬砌冻胀变形、渠基土含水量、气温、冻结深度等试验数据，研究了渠道混凝土衬砌的冻胀破坏机理，分析了衬砌与渠床土的相互作用，对寒冷地区渠道工程混凝土衬砌的设计与施工具有重要的指导意义。
工程实践表明，季节性冻土地区的冻胀和融沉会引起渠道衬砌边坡的失稳破坏。
在过去的几十年中，已经发展了大量的技术，可以用来保护渠道线路免受冻胀破坏和融沉。
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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