基于损伤断裂理论的钢筋混凝土细观疲劳力学行为研究

Reinforced concrete with its superior characteristics of composite materials was widely used in bridge engineering. The theory of probability limit state design was used in the structure design of concrete bridge, in which the strength of materials was the basis, and lead to many parts of structure working under the high stress state. So, the fatigue behavior of reinforced concrete materials becomes a noticeable problem. In view of this, to reinforced concrete as the research object, the nonlinear fatigue mechanical behavior of reinforced concrete was in-depth researched using the theory of damage and fracture at mesoscopic level and macroscopic level. It analyzed the extension process of internal cracks in reinforced concrete under fatigue load, and the influence of steel Bar on cracking distribution, extension path, of the quantity and the crack width and so on by bond-slip theory in reinforced concrete at mesoscopic level and macroscopic level by bending fatigue numerical simulation and experiment of reinforced concrete beam. Meanwhile, it discussed the stress redistribution and the fracture evolution process in the cross section of reinforced concrete beam, and established the whole fatigue mechanical model of reinforced concrete. The objective of the research results will provide the theory basis to improve structure design of reinforced concrete bridge and safety evaluation for both the bridge on basic theoretical level, which has important practical significance and economic value.

钢筋混凝土以其优越的复合材料特性被广泛应用于桥梁工程领域，混凝土桥梁结构设计采用概率极限状态设计理论，该理论是充分考虑材料强度为基础，这就导致结构中许多部位处于高应力状态下工作，使得钢筋混凝土材料的疲劳力学行为成为一个不可忽视的问题。鉴于此，本项目以钢筋混凝土为研究对象，基于损伤断裂理论从细观和宏观两个层次上展开钢筋混凝土非线性疲劳力学行为的深入研究。通过钢筋混凝土梁弯曲疲劳数值模拟计算和试验，从细观和宏观两个层次上分析钢筋混凝土内部裂纹在疲劳荷载作用下的扩展过程，并结合粘结滑移理论分析了钢筋对混凝土裂缝分布、扩展路径、裂缝数量和宽度等的影响，同时，探讨疲劳荷载作用下钢筋混凝土梁截面上出现的应力重分布和逐渐断裂演变过程，建立钢筋混凝土整体的疲劳力学模型。本项目的研究成果将在基础理论层面上，为改进钢筋混凝土桥梁结构设计和既有桥梁的安全评定提供理论依据，具有重要的实际意义和经济价值。

钢筋混凝土以其优越的复合材料特性被广泛应用于桥梁工程领域，混凝土桥梁结构设计采用概率极限状态设计理论，该理论是充分考虑材料强度为基础，这就导致结构中许多部位处于高应力状态下工作，使得钢筋混凝土材料的疲劳力学行为成为一个不可忽视的问题。.本项目以混凝土为研究对象，基于损伤断裂理论从细观和宏观两个层次上展开混凝土断裂力学行为的深入研究。通过混凝土四点剪切梁室内试验，利用声发射技术和数字图像相关技术从细观和宏观两个层次上主要针对混凝土I-II复合型裂缝扩展过程展开研究，分析了混凝土裂缝尖端裂纹的扩展过程，探讨了骨料粒径、分布、级配对混凝土裂缝尖端微裂纹分布、扩展路径、裂缝数量和宽度等的影响，同时探讨了混凝土梁在断裂过程中截面上出现的应力重分布和逐渐断裂演变过程。.同时，利用蒙特卡洛方法随机生成混凝土中粗骨料，建立了以粗骨料、砂浆两相的混凝土I-II复合型断裂细观数值模型，从细观和宏观两个层次上分析起裂荷载、断裂韧度、断裂能、FPZ长度等问题，并结合细观力学和塑性损伤理论确定混凝土I-II复合型裂缝扩展准则。基于裂缝扩展准则数值模拟I-II复合型裂缝扩展全过程并通过试验验证其准确性，本项目研究成果可用于具有裂缝混凝土结构的稳定性评价和承载能力预测，具有重要的实际意义和经济价值。.在此基础上，引入钢筋单元探讨疲劳荷载作用下不同配筋率混凝土梁截面上出现的应力重分布和逐渐断裂演变过程，从细观层次上分析了钢筋混凝土疲劳损伤过程。本项目的研究成果将在基础理论层面上，为改进钢筋混凝土桥梁结构设计和既有桥梁的安全评定提供理论依据，具有重要的实际意义和经济价值。