混凝土疲勞破壞研究進展綜述

李曉路金寶宏崔麗娟(寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏 銀川 7500 河北大學圖書館，河北 保定 07000)

混凝土疲勞破壞研究進展綜述

李曉路1金寶宏1崔麗娟2
(1寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏 銀川 750021 2河北大學圖書館，河北 保定 071000)

隨著高強混凝土構件在建筑業的廣泛應用，構件工作應力的不斷提高，并且一些承受多次反復荷載的結構也開始大量采用混凝土材料來建造，人們逐漸對混凝土材料的疲勞問題給予了更大的重視。本文針對普通混凝土、鋼纖維混凝土、再生混凝土以及再生塑料改性混凝土的疲勞機理進行綜述，可為工程實踐提供技術依據。

混凝土；疲勞破壞；有限元模型；疲勞強度

0 前言

混凝土疲勞性能的研究對于承受動荷載的混凝土結構的設計來說十分重要。混凝土疲勞破壞試驗研究表明，由于混凝土是一種多相多組分的復合材料，其內部和表面任意區域內均存在應力集中區域，造成混凝土表面或內部各個小區域內的真實應力和真實應變均與名義應力和混凝土受拉區平均應變之間存在較大差異。粗骨料的粒徑分布、骨料-基體界面過渡區的特性等因素都將影響疲勞主裂紋的發展路徑[1]。隨著混凝土強度的增加，新型混凝土的誕生，導致了構件中，許多處于高應力狀態下工作，使工作應力越來越接近疲勞應力，再加上很多結構都是重復反復荷載，致使結構很容易發生破壞。因此對各種混凝土進行疲勞破壞研究有著重要的工程意義。

復習導入法歷史課傳統教學中最常見的導入法，它是根據知識之間的邏輯關系，找準新舊知識的聯絡點，以舊引新或溫故而知新，具有承上啟下的作用。雖然這種導入法往往缺乏趣味性，但歷史課是時間連貫性很強的課程，根據具體的教學內容精心設計，利用復習舊課而引入新課，有利于知識間的銜接，使學生理解歷史概念的因果關系，從而使學生認識更全面。如學習夏商周歷史時，用暴君的殘暴統治銜接導入效果會更好。夏桀的昏庸、商紂的殘暴、周厲王的專制，其結果是毀滅了一代王朝，直接或間接促使了新王朝的建立。這樣的銜接，前后照應，過渡自然，使學生容易從以前的知識中轉入即將學習的課程上來。

做好風險控制工作，能夠盡可能的避免以及杜絕不利情況的存在。在長時間的計劃經濟體制的影響之下，供水企業一直處在壟斷的地位上，因此，缺少對企業經營風險的防范意識。健全以及完善企業的風險管理體系，能夠有效的衡量風險，并且對風險加以分析，同時還能夠用合理有效的方法對風險進行控制，從而確保供水企業長期可持續的發展。其次，還應該不斷建立并且完善財務的風險評估模型，構建企業的風險預警機制。最后，應該做好企業外部的風險經營管理工作，通過采取積極有效的內容措施來對風險現象加以防范。制度的建立是抑制風險存在最基礎的保障，嚴格的責任體制以及規范的經營管理，能夠確保企業中各項工作順利高效的開展。

1 各種混凝土材料疲勞機理研究

1.1 普通混凝土疲勞損傷研究

在20世紀80年代，人們開始對混凝土疲勞損傷進行研究，包括對混凝土整體疲勞損傷規律進行表征并對疲勞裂紋發展規律進行描述。混凝土的水泥砂漿基體微觀上是多孔材料，并隨水灰比不同而異。而環繞基體和骨科的界面其孔隙率比基體孔隙率更大，這里是水泥砂漿凝固時及混凝土受荷載作用體積變形時出現損傷最大的部位，骨料尺寸愈大，損傷愈嚴重。可以認為最大骨料附近是混凝土的最脆弱部位[1]。

1.3.1 A組31例患兒采用攜脈沖式胰島素泵給予持續胰島素泵注射給藥,先對患兒局部皮膚進行常規清潔、消毒,女性選擇下腹部為注射部位,男性選擇上腹部為注射部位,注射過程中應避開臍四周4.5厘米,泵入針頭應刺入患兒皮下組織并使用帖膜進行固定,患兒基礎給藥劑量為0.49 U/kg,基礎使用率在50%左右,并在患兒三餐前、后2小時監測血糖,依據患兒餐前血糖檢測水平決定胰島素給藥量。

由于模擬實際疲勞加載每一個循環過程中的材料損傷劣化過程十分費時費力，因此采用“循環塊”的方式對細觀混凝土結構施加等幅疲勞荷載，即:假設本模型中施加的每一個荷載循環代表具有固定長度的若干疲勞荷載循環次數(例如1000次或1萬次)，且“循環塊”的長度取決于所選用的疲勞應力水平[5]。通過對再生混凝土彎折疲勞破壞試件切割出來的切片進行數碼圖像采集，獲得了試件截面骨料的分布形狀，得出在疲勞荷載作用下，損傷逐漸發展導致一致切線算子矩陣變化，從而使得應力更新而且隨著作用荷載的次數增多，損傷越來越大，撓度越來越大，而彎折的試件剛度在衰退。

1.3 再生混凝土疲勞破壞的數值模擬研究

對再生混凝土進行有限元數值模擬研究時首先應建立模型，這里考慮了骨料和砂漿兩項介質，采用Solid 65 單元對骨料和砂漿進行網格劃分，骨料單元屬性采用線性各向同性模型，彈性模量取值60 GPa，泊松比取0.16，砂漿單元采用多線性等向強化準則，彈性模量取值30GPa，泊松比取0.22，Willam-Warnker破壞準則。約束有限元模型的所有底部自由度，頂部約束 X 向和 Z 向自由度，采用位移加載[5]。根據以上模型進行數值模擬得出再生混凝土內部細觀結構的數字圖像，以及再生混凝土彎折疲勞試件在荷載作用下的單元破壞過程如圖2[5]。

圖1 疲勞計算模型

表1 鋼纖維混凝土疲勞破壞模擬計算結果

根據ANSYS建模計算得出，鋼纖維混凝土抗折強度高，收縮量小，伸縮縫間距可以延長并且比普通混凝土的抗疲勞性能有很大的提高。

0.9 0.015 1.5 0.9 0.047 0.8 7.010

進行疲勞計算需要定義材料的疲勞性質[4]，應力位置與應力集中系數。經算后獲得的輸出數據見表1由表1數據可見，疲勞壽命的對數與應力比呈線性關系，并且發現是偏安全的。說明使用ANSYS程序進行疲勞模擬是可行的，只要獲取了某種材料的疲勞特性，就可以獲得該材料在其他受力情況下的疲勞壽命，從而減少試驗工作量和費用[3]。

1.2 鋼纖維混凝土疲勞破壞模擬

隨著計算機技術的發展，建立仿真模型已經成為研究的重要手段。利用ANSYS軟件建立了鋼纖維混凝土疲勞試驗15cm×15cm×55cm模型[3]如下圖1，并進行了模擬計算。

圖2 再生混凝土彎折試件破壞過程

在對受壓荷載作用下混凝土損傷的各向異性效應進行研究后，在連續質介不可逆熱力學框架內，進一步提出了各向同性混凝土連續損傷模型、誘發各向異性損傷模型以及高壓荷載損傷模型[2]。由此可以看出，混凝土的疲勞破壞研究過程是一個由宏觀特征逐漸深化到微觀特征的一個過程，由起初最簡單的疲勞破壞試驗研究到單因素分析疲勞破壞影響因素，由試驗和理論到建立數值模擬以及分析軟件的研制和開發，以便更好的把科研理論的成果應用于實際工程中去。

《意見》明確，各地各有關部門要準確把握特色小鎮的內涵要義，不能盲目把產業園區、旅游景區、體育基地、美麗鄉村、田園綜合體以及行政建制鎮戴上特色小鎮“帽子”。

1.4 再生塑料改性混凝土疲勞性能研究

塑料具有不錯的彈性，比較高的強度和耐磨性，絕緣性能好，把廢舊塑料回收并使用工藝使之破碎成顆粒或粉末摻入到混凝土當中，既重新利用了塑料廢棄物，又可以改善混凝土的性能，研究再生塑料改性混凝土的材料性能具有重要的意義。

將塑料顆粒以體積替代細骨料的方式摻入普通混凝土中，制作成塑料顆粒改性混凝土（MCRP）。經過研究MCRP的靜態力學性能以及等幅循環荷載下MCRP的疲勞壽命，并將結果與普通混凝土相比較，探討塑料顆粒的摻量對混凝土各種力學性能的影響以及對MCRP的綜合性能進行評后，得出MCRP比普通混凝土抗疲勞性能有很大提高[6]。

2 總結

本文對各種混凝土的疲勞機理研究進展和趨勢進行了闡述，可以看出由起初較簡單的混凝土疲勞試驗研究逐漸深入到對新型混凝土疲勞性能的各個因素進行研究和歸納，由試驗和理論到數值模擬計算以及荷載的處理，從而方便對以后的工程實踐起到一定的借鑒作用。

[1] 雷 斌,李 宏,晏育松.混凝土疲勞機理研究進展[J].硅酸鹽通報，2014,33.

[2] 謝和平.巖石、混凝土損傷力學[M].徐州:中國礦業大學出版社出版,1990．

[3]趙志剛,譚云亮,王斐峰.鋼纖維混凝土試驗研究與疲勞破壞模擬[J].橋梁機械與施工技術,2007,2:40-43.

[4] 黃承逵，趙國藩，彭 俊.二級配鋼纖維混凝土疲勞性能的研究[J].中國公路學報,1994,7(3):29-35.

[5]雷 斌，李 宏，晏育松.再生混凝土疲勞損傷機理的數值模擬[J].水利水電技術,2014,10(45):115-119.

[6]趙云騰.再生塑料改性混凝土疲勞性能的試驗研究.廣東工業大學土木與交通工程學院，2013.

G322

B

1007-6344（2016）04-0322-01

李曉路，（1992-），男，河北保定人，碩士研究生.