混凝土疲劳破坏研究进展综述

李晓路金宝宏崔丽娟(宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 7500 河北大学图书馆，河北 保定 07000)

混凝土疲劳破坏研究进展综述

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(1宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021 2河北大学图书馆，河北 保定 071000)

随着高强混凝土构件在建筑业的广泛应用，构件工作应力的不断提高，并且一些承受多次反复荷载的结构也开始大量采用混凝土材料来建造，人们逐渐对混凝土材料的疲劳问题给予了更大的重视。本文针对普通混凝土、钢纤维混凝土、再生混凝土以及再生塑料改性混凝土的疲劳机理进行综述，可为工程实践提供技术依据。

混凝土；疲劳破坏；有限元模型；疲劳强度

0 前言

混凝土疲劳性能的研究对于承受动荷载的混凝土结构的设计来说十分重要。混凝土疲劳破坏试验研究表明，由于混凝土是一种多相多组分的复合材料，其内部和表面任意区域内均存在应力集中区域，造成混凝土表面或内部各个小区域内的真实应力和真实应变均与名义应力和混凝土受拉区平均应变之间存在较大差异。粗骨料的粒径分布、骨料-基体界面过渡区的特性等因素都将影响疲劳主裂纹的发展路径[1]。随着混凝土强度的增加，新型混凝土的诞生，导致了构件中，许多处于高应力状态下工作，使工作应力越来越接近疲劳应力，再加上很多结构都是重复反复荷载，致使结构很容易发生破坏。因此对各种混凝土进行疲劳破坏研究有着重要的工程意义。

复习导入法历史课传统教学中最常见的导入法，它是根据知识之间的逻辑关系，找准新旧知识的联络点，以旧引新或温故而知新，具有承上启下的作用。虽然这种导入法往往缺乏趣味性，但历史课是时间连贯性很强的课程，根据具体的教学内容精心设计，利用复习旧课而引入新课，有利于知识间的衔接，使学生理解历史概念的因果关系，从而使学生认识更全面。如学习夏商周历史时，用暴君的残暴统治衔接导入效果会更好。夏桀的昏庸、商纣的残暴、周厉王的专制，其结果是毁灭了一代王朝，直接或间接促使了新王朝的建立。这样的衔接，前后照应，过渡自然，使学生容易从以前的知识中转入即将学习的课程上来。

做好风险控制工作，能够尽可能的避免以及杜绝不利情况的存在。在长时间的计划经济体制的影响之下，供水企业一直处在垄断的地位上，因此，缺少对企业经营风险的防范意识。健全以及完善企业的风险管理体系，能够有效的衡量风险，并且对风险加以分析，同时还能够用合理有效的方法对风险进行控制，从而确保供水企业长期可持续的发展。其次，还应该不断建立并且完善财务的风险评估模型，构建企业的风险预警机制。最后，应该做好企业外部的风险经营管理工作，通过采取积极有效的内容措施来对风险现象加以防范。制度的建立是抑制风险存在最基础的保障，严格的责任体制以及规范的经营管理，能够确保企业中各项工作顺利高效的开展。

1 各种混凝土材料疲劳机理研究

1.1 普通混凝土疲劳损伤研究

在20世纪80年代，人们开始对混凝土疲劳损伤进行研究，包括对混凝土整体疲劳损伤规律进行表征并对疲劳裂纹发展规律进行描述。混凝土的水泥砂浆基体微观上是多孔材料，并随水灰比不同而异。而环绕基体和骨科的界面其孔隙率比基体孔隙率更大，这里是水泥砂浆凝固时及混凝土受荷载作用体积变形时出现损伤最大的部位，骨料尺寸愈大，损伤愈严重。可以认为最大骨料附近是混凝土的最脆弱部位[1]。

1.3.1 A组31例患儿采用携脉冲式胰岛素泵给予持续胰岛素泵注射给药,先对患儿局部皮肤进行常规清洁、消毒,女性选择下腹部为注射部位,男性选择上腹部为注射部位,注射过程中应避开脐四周4.5厘米,泵入针头应刺入患儿皮下组织并使用帖膜进行固定,患儿基础给药剂量为0.49 U/kg,基础使用率在50%左右,并在患儿三餐前、后2小时监测血糖,依据患儿餐前血糖检测水平决定胰岛素给药量。

由于模拟实际疲劳加载每一个循环过程中的材料损伤劣化过程十分费时费力，因此采用“循环块”的方式对细观混凝土结构施加等幅疲劳荷载，即:假设本模型中施加的每一个荷载循环代表具有固定长度的若干疲劳荷载循环次数(例如1000次或1万次)，且“循环块”的长度取决于所选用的疲劳应力水平[5]。通过对再生混凝土弯折疲劳破坏试件切割出来的切片进行数码图像采集，获得了试件截面骨料的分布形状，得出在疲劳荷载作用下，损伤逐渐发展导致一致切线算子矩阵变化，从而使得应力更新而且随着作用荷载的次数增多，损伤越来越大，挠度越来越大，而弯折的试件刚度在衰退。

1.3 再生混凝土疲劳破坏的数值模拟研究

对再生混凝土进行有限元数值模拟研究时首先应建立模型，这里考虑了骨料和砂浆两项介质，采用Solid 65 单元对骨料和砂浆进行网格划分，骨料单元属性采用线性各向同性模型，弹性模量取值60 GPa，泊松比取0.16，砂浆单元采用多线性等向强化准则，弹性模量取值30GPa，泊松比取0.22，Willam-Warnker破坏准则。约束有限元模型的所有底部自由度，顶部约束 X 向和 Z 向自由度，采用位移加载[5]。根据以上模型进行数值模拟得出再生混凝土内部细观结构的数字图像，以及再生混凝土弯折疲劳试件在荷载作用下的单元破坏过程如图2[5]。

图1 疲劳计算模型

表1 钢纤维混凝土疲劳破坏模拟计算结果

根据ANSYS建模计算得出，钢纤维混凝土抗折强度高，收缩量小，伸缩缝间距可以延长并且比普通混凝土的抗疲劳性能有很大的提高。

0.9 0.015 1.5 0.9 0.047 0.8 7.010

进行疲劳计算需要定义材料的疲劳性质[4]，应力位置与应力集中系数。经算后获得的输出数据见表1由表1数据可见，疲劳寿命的对数与应力比呈线性关系，并且发现是偏安全的。说明使用ANSYS程序进行疲劳模拟是可行的，只要获取了某种材料的疲劳特性，就可以获得该材料在其他受力情况下的疲劳寿命，从而减少试验工作量和费用[3]。

1.2 钢纤维混凝土疲劳破坏模拟

随着计算机技术的发展，建立仿真模型已经成为研究的重要手段。利用ANSYS软件建立了钢纤维混凝土疲劳试验15cm×15cm×55cm模型[3]如下图1，并进行了模拟计算。

图2 再生混凝土弯折试件破坏过程

在对受压荷载作用下混凝土损伤的各向异性效应进行研究后，在连续质介不可逆热力学框架内，进一步提出了各向同性混凝土连续损伤模型、诱发各向异性损伤模型以及高压荷载损伤模型[2]。由此可以看出，混凝土的疲劳破坏研究过程是一个由宏观特征逐渐深化到微观特征的一个过程，由起初最简单的疲劳破坏试验研究到单因素分析疲劳破坏影响因素，由试验和理论到建立数值模拟以及分析软件的研制和开发，以便更好的把科研理论的成果应用于实际工程中去。

《意见》明确，各地各有关部门要准确把握特色小镇的内涵要义，不能盲目把产业园区、旅游景区、体育基地、美丽乡村、田园综合体以及行政建制镇戴上特色小镇“帽子”。

1.4 再生塑料改性混凝土疲劳性能研究

塑料具有不错的弹性，比较高的强度和耐磨性，绝缘性能好，把废旧塑料回收并使用工艺使之破碎成颗粒或粉末掺入到混凝土当中，既重新利用了塑料废弃物，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义。

将塑料颗粒以体积替代细骨料的方式掺入普通混凝土中，制作成塑料颗粒改性混凝土（MCRP）。经过研究MCRP的静态力学性能以及等幅循环荷载下MCRP的疲劳寿命，并将结果与普通混凝土相比较，探讨塑料颗粒的掺量对混凝土各种力学性能的影响以及对MCRP的综合性能进行评后，得出MCRP比普通混凝土抗疲劳性能有很大提高[6]。

2 总结

本文对各种混凝土的疲劳机理研究进展和趋势进行了阐述，可以看出由起初较简单的混凝土疲劳试验研究逐渐深入到对新型混凝土疲劳性能的各个因素进行研究和归纳，由试验和理论到数值模拟计算以及荷载的处理，从而方便对以后的工程实践起到一定的借鉴作用。

[1] 雷 斌,李 宏,晏育松.混凝土疲劳机理研究进展[J].硅酸盐通报，2014,33.

[2] 谢和平.岩石、混凝土损伤力学[M].徐州:中国矿业大学出版社出版,1990．

[3]赵志刚,谭云亮,王斐峰.钢纤维混凝土试验研究与疲劳破坏模拟[J].桥梁机械与施工技术,2007,2:40-43.

[4] 黄承逵，赵国藩，彭 俊.二级配钢纤维混凝土疲劳性能的研究[J].中国公路学报,1994,7(3):29-35.

[5]雷 斌，李 宏，晏育松.再生混凝土疲劳损伤机理的数值模拟[J].水利水电技术,2014,10(45):115-119.

[6]赵云腾.再生塑料改性混凝土疲劳性能的试验研究.广东工业大学土木与交通工程学院，2013.

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1007-6344（2016）04-0322-01

李晓路，（1992-），男，河北保定人，硕士研究生.