重复荷载作用下ECC材料的疲劳性能及力学模型研究

Some differences could be a key factor restricting the structural safety under certain conditions, that present between the strength and deformation of Engineered Cementitious Composites (ECC) subjected to repeated loading and static loading. It’s obviously that the research of the fatigue behaviors of ECC applied in engineering to the use of ECC on concrete structures, the enhancement of damage tolerance, the strength of fatigue behavior and security of concrete structures. As the research target, the fatigue behavior and mechanical model of ECC subjected to repeated loading were studied in this project. The fatigue behavior, fatigue failure criterion and fatigue constitutive model were mainly investigated. The determination method of fatigue strength, fatigue elastic modulus and deformation capacity of ECC were put forward. The failure criterion of strength and deformation of ECC were proposed when destroyed. The evolution law of fatigue damage at different stages and damage mechanism were explored.The nonlinear fatigue damage cumulative model, predicting method of residual fatigue life, fatigue constitutive model and fatigue analysis method with the whole process were established. It’s clear that the resulting research could be worthy of fundamentally improve the fatigue behavior, reducing and preventing disaster to concrete structures.

重复荷载作用下ECC材料所表现出的强度和变形特性与静态荷载作用下的强度和变形有一定差异，这些差异在一定条件下成为制约结构安全的关键因素。研究重复荷载作用下ECC材料的疲劳性能，对于混凝土结构采用ECC材料、提升混凝土结构的损伤容限和抗疲劳性能、增强结构安全性等具有十分重要的工程应用价值。本项目以重复荷载作用下ECC材料的疲劳性能和力学模型为研究目标，重点研究重复荷载作用下ECC材料的疲劳性能、疲劳破坏准则和疲劳本构模型，提出重复荷载作用下ECC材料的疲劳强度、疲劳弹性模量和变形能力的确定方法，建立ECC材料发生疲劳破坏的强度和变形破坏准则；阐明ECC疲劳损伤的不同阶段演化规律和损伤机理，建立非线性疲劳累积损伤模型和剩余疲劳寿命预测方法，以及疲劳本构模型和疲劳全过程分析方法。研究成果对于从根本上提高混凝土结构的抗疲劳性能和减灾防灾，具有重要的理论意义和实用价值。

重复荷载与环境耦合作用下ECC材料所表现出的强度和变形特性与静态荷载作用下的强度和变形有一定差异，这些差异在一定条件下成为制约结构安全的关键因素。研究重复荷载与环境耦合作用下ECC材料的疲劳性能，对于恶劣环境下混凝土结构采用ECC材料、提升混凝土结构的损伤容限和抗疲劳性能、增强结构安全性等具有十分重要的工程应用价值。本项目以重复荷载与环境耦合作用下ECC材料的疲劳性能和力学模型为研究目标，考虑PVA纤维掺量、荷载、环境等影响因素，围绕ECC材料疲劳破坏机理、裂缝扩展过程以及剩余疲劳寿命预测方法等关键问题，重点研究重复荷载与环境耦合作用下ECC材料的耐久性能、疲劳性能和疲劳本构模型，基于ECC材料具有良好的拉伸应变-硬化特性和裂缝控制能力，通过ECC材料冻融循环、硫酸盐侵蚀和卤水侵蚀试验，研究ECC材料的表观特征以及各项基本力学性能，包括极限承载力、动弹性模量、峰值应变和裂缝状态；通过单轴受压疲劳试验，得到了应力水平与疲劳寿命单对数S-N曲线，计算出威布尔分布参数，得到了不同失效概率下ECC材料受压疲劳等效寿命，最后通过线性回归方法得到相应失效概率下的回归方程和曲线，同时考虑到环境因素是混凝土结构损伤失效的主要原因之一，故研究了硫酸盐侵蚀和冻融损伤对ECC材料抗疲劳性能的影响；观察它在不同应力水平（0.7、0.8、0.9）不同频率（10Hz、20Hz、30Hz）的疲劳荷载作用下的破坏过程以及破环形式，拉压疲劳荷载下的ECC材料疲劳破坏符合威布尔双参数分布，并给出了相应的p-S-N方程.研究成果对于从根本上提高恶劣环境下混凝土结构的抗疲劳性能和减灾防灾，具有重要的理论意义和实用价值。