腐蚀钢筋混凝土材料应变率效应、机理及其多尺度模型研究

加载速率、环境作用、复杂应力状态、加载履历、温度徐变以及损伤等很大程度上影响着钢筋混凝土材料的本构关系。本项目将考虑环境与应变率的耦合作用建立钢筋混凝土材料的本构关系；首先，选取几种典型腐蚀作用系统研究不同腐蚀周期钢筋混凝土材料动态力学性能的应变率效应，探讨试验机刚度、惯性效应、应力应变的不均匀性和试件尺寸等各因素对动态试验结果的影响，其次，通过微观测试手段系统研究环境作用对混凝土材料微观形貌、成分组成和孔隙特征的影响，进而深入剖析材料微观结构的变化对其宏观力学性能的影响机制，并建立混凝土材料的多尺度模型，研究环境侵蚀、水分和惯性作用对混凝土材料力学性能应变率效应的影响机理。最后，利用建立的材料劣化本构关系，在时间轴上评估环境侵蚀作用对高层钢筋混凝土结构抗震性能的影响。钢筋混凝土材料的精细化建模对于准确把握复杂环境作用下钢筋混凝土结构全寿命安全性评估具有重要的理论意义和工程应用价值。

加载速率、环境作用、复杂应力状态、温度、徐变以及损伤很大程度上影响着钢筋混凝土材料的本构关系。本项目考虑了环境与应变率的耦合作用建立了钢筋混凝土材料的精细化本构关系。首先，分别试验研究了硫酸钠侵蚀、钢筋锈蚀混凝土材料的动态力学性能，探讨了试验机刚度、惯性效应、应力应变的不均匀性和试件尺寸对动态试验结果的影响，分别建立了硫酸钠侵蚀、钢筋锈蚀混凝土的率型本构关系；其次，通过微观手段系统研究了环境侵蚀作用对混凝土材料微观形貌、成分组成和孔隙特征的影响，对不同硫酸钠侵蚀周期、不同深度处的混凝土微观形貌和反应物与生成物的相对含量变化进行了观察分析，深入剖析了材料微观结构的变化对其宏观力学性能的影响机制；再次，基于图像处理技术，在尽量保持骨料真实面积和形貌的前提下，对混凝土截面骨料边界进行了多边形拟合，建立了混凝土二维细观数值模型，数值研究了环境侵蚀等对混凝土力学性能应变率效应的影响机理。最后，建立了钢筋混凝土框架有限元模型，利用前期试验得到了硫酸钠侵蚀、钢筋锈蚀混凝土动态本构关系，进行了不同加载速率下的推覆分析，仿真研究了硫酸钠侵蚀、钢筋锈蚀和应变率效应对框架结构能力曲线的影响。该项目致力于钢筋混凝土材料的精细化建模，对于准确把握复杂环境作用下钢筋混凝土结构全寿命安全性评估具有重要的理论意义和工程应用价值。. 该项目经过4年的系统研究，共发表期刊和会议论文15篇，其中本领域高水平SCI检索国际期刊论文9篇，EI检索论文5篇，授权发明专利1项，培养博士生1名，硕士生8名，作为主要参加人获得2015年教育部科技进步奖一项，参加国际会议3人次。