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盐冻作用下水工混凝土强度演化模型

甘磊 冯先伟 沈振中

甘磊,冯先伟,沈振中. 盐冻作用下水工混凝土强度演化模型[J]. 水利水运工程学报,2022(4):131-139. doi:  10.12170/20210725001
引用本文: 甘磊,冯先伟,沈振中. 盐冻作用下水工混凝土强度演化模型[J]. 水利水运工程学报,2022(4):131-139. doi:  10.12170/20210725001
(GAN Lei, FENG Xianwei, SHEN Zhenzhong. Strength evolution model of hydraulic concrete subjected to salt freezing[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 131-139. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210725001
Citation: (GAN Lei, FENG Xianwei, SHEN Zhenzhong. Strength evolution model of hydraulic concrete subjected to salt freezing[J]. Hydro-Science and Engineering, 2022(4): 131-139. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210725001

盐冻作用下水工混凝土强度演化模型

doi: 10.12170/20210725001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51609073);江苏省自然科学基金资助项目(BK20201312);水利部堤防安全与病害防治工程技术研究中心项目(DFZX2020003)
详细信息
    作者简介:

    甘 磊(1987—),男,江西抚州人,教授,博士,主要从事水工结构稳定分析等方面的教学与科研工作。E-mail:ganlei2015@hhu.edu.cn

  • 中图分类号: TU528

Strength evolution model of hydraulic concrete subjected to salt freezing

  • 摘要: 寒区盐湖、盐渍土地区水工混凝土结构强度劣化问题突出。基于各向同性连续损伤力学理论,建立了混凝土相对动弹性模量与相对抗压强度的定量关系,提出了硫酸盐侵蚀和冻融协同作用下水工混凝土强度演化模型,并进行模型验证,最后将模型应用于引大入秦庄浪河渡槽结构性能评估。结果表明:该模型能较好地反映受盐冻侵蚀作用下混凝土强度的变化规律;渡槽数值计算结果与运行状况相符,随盐冻侵蚀劣化时间增长,槽身最大压应力和最大位移增加,最大拉应力减小;盐冻协同作用会加快渡槽劣化速率,渡槽运行59.1 a后会发生破坏。研究结果可为寒旱地区受盐冻侵蚀水工混凝土性能评估和运行维护提供理论依据。
  • 图  1  盐冻作用下混凝土相对动弹性模量和相对抗压强度

    Figure  1.  Relative dynamic elastic modulus and relative residual compressive strength of concrete subjected to salt freezing

    图  2  混凝土相对动弹性模量随冻融循环次数的拟合关系

    Figure  2.  Fitting relationship between the relative dynamic modulus of concrete and the number of freeze-thaw cycles

    图  3  相对抗压强度与相对动弹性模量拟合关系

    Figure  3.  Fitting relationship between the relative residual compressive strength and the relative dynamic modulus of elasticity

    图  4  渡槽有限元网格

    Figure  4.  Finite element mesh of aqueduct

    图  5  渡槽运行初期槽身应力分布云图(单位:kPa)

    Figure  5.  Stress distribution of aqueduct body in initial stage of operation (unit: kPa)

    图  6  渡槽运行26 a后槽身应力分布云图(单位:kPa)

    Figure  6.  Stress distribution of aqueduct body after 26 years of operation (unit: kPa)

    图  7  渡槽运行59.1 a后槽身应力分布云图(单位:kPa)

    Figure  7.  Stress distribution of aqueduct body after 59.1 years of operation (unit: kPa)

    图  8  渡槽不同运行时期槽身位移分布云图

    Figure  8.  Displacement distribution of aqueduct body in different operation periods

    表  1  混凝土材料参数

    Table  1.   Concrete material parameters

    名称弹性模量/GPa泊松比密度/(kg·m−3
    C30混凝土 30.0 0.2 2 360
    C40混凝土 32.5 0.2 2 400
    C50混凝土 34.5 0.2 2 440
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    表  2  不同运行劣化时间下槽身应力和位移极值分布

    Table  2.   Distributions of stress and displacement extremes at different degradation times

    劣化时间/a最大压应力/MPa最大压应力
    发生部位
    最大拉应力/MPa最大拉应力
    发生部位
    最大位移/mm最大位移发生部位
    09.383渡槽槽身板、槽底板和上横系杆1.949槽身板与槽底板交接处15.18槽底板处
    269.844渡槽槽身板、槽底板和上横系杆1.943槽身板与槽底板交接处17.15槽底板处
    59.111.440渡槽槽身板、槽底板和上横系杆1.922槽身板与槽底板交接处24.73槽底板处
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  • [1] 贡力, 康春涛, 王鸿, 等. 盐冻耦合侵蚀作用下寒旱地区渡槽劣化机制[J]. 中国安全科学学报,2020,30(11):43-52

    GONG Li, KANG Chuntao, WANG Hong, et al. Mechanism of aqueducts in cold and dry areas under effect of salt-frozen coupling erosion[J]. China Safety Science Journal, 2020, 30(11): 43-52. (in Chinese)
    [2] 康春涛, 贡力, 王忠慧, 等. 利用灰色残差GM(1, 1)-Markov模型预测水工混凝土的劣化[J]. 水利水运工程学报,2021(1):95-103 doi:  10.12170/20200228002

    KANG Chuntao, GONG Li, WANG Zhonghui, et al. Prediction of hydraulic concrete degradation based on gray residual GM(1, 1)-Markov model[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(1): 95-103. (in Chinese) doi:  10.12170/20200228002
    [3] 高礼雄. 掺矿物掺合料水泥基材料的抗硫酸盐侵蚀性研究[D]. 北京: 中国建筑材料科学研究, 2005.

    GAO Lixiong. Study on resistance to sulfate attack on cement based composite material containing mineral additive[D]. Beijing: China Building Materials Academy, 2005. (in Chinese)
    [4] 徐港, 龚朝, 刘俊, 等. 混凝土抗水冻融和抗盐冻融循环作用的相关性[J]. 建筑材料学报,2020,23(3):552-556, 562

    XU Gang, GONG Chao, LIU Jun, et al. Correlation between water freeze-thaw resistance and salt freeze-thaw resistance of concrete[J]. Journal of Building Materials, 2020, 23(3): 552-556, 562. (in Chinese)
    [5] ZHAO Xiaolong, WEI Jun, LIU Zhanke. Durability of concrete under multi-damage action[J]. Journal of Wuhan University of Technology-Mater Science edition, 2004, 19(2): 73-75. doi:  10.1007/BF03000175
    [6] 关宇刚, 孙伟, 缪昌文. 基于可靠度与损伤理论的混凝土寿命预测模型Ⅰ: 模型阐述与建立[J]. 硅酸盐学报,2001,29(6):530-534 doi:  10.3321/j.issn:0454-5648.2001.06.005

    GUAN Yugang, SUN Wei, MIAO Changwen. One service-life prediction model for the concrete based on the reliability and damage theories I: narration and establishment of the model[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2001, 29(6): 530-534. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0454-5648.2001.06.005
    [7] 余红发, 孙伟, 张云升, 等. 在冻融或腐蚀环境下混凝土使用寿命预测方法Ⅰ: 损伤演化方程与损伤失效模式[J]. 硅酸盐学报,2008,36(增刊1):128-135

    YU Hongfa, SUN Wei, ZHANG Yunsheng, et al. Service life prediction method of concrete subjected to freezing-thawing cycles and/or chemical attack i-damage development equation and degradation mode[J]. Journal of the Chinese Ceramic Society, 2008, 36(Suppl1): 128-135. (in Chinese)
    [8] 马彬, 叶英华, 孙洋. 基于损伤模型的盐蚀、冻融混凝土力学性能分析[J]. 建筑结构学报,2009,30(增刊2):298-302

    MA Bin, YE Yinghua, SUN Yang. Mechanical performance analysis of salt-frozen or freeze-thaw concrete based on damage theory[J]. Journal of Building Structures, 2009, 30(Suppl2): 298-302. (in Chinese)
    [9] 冀晓东, 宋玉普, 刘建. 混凝土冻融损伤本构模型研究[J]. 计算力学学报,2011,28(3):461-467 doi:  10.7511/jslx201103026

    JI Xiaodong, SONG Yupu, LIU Jian. Study on frost damage constitutive model of concrete[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2011, 28(3): 461-467. (in Chinese) doi:  10.7511/jslx201103026
    [10] 徐存东, 程昱, 王荣荣, 等. 带初始冻融损伤的混凝土材料受盐冻作用下性能劣化分析[J]. 工程科学与技术,2019,51(1):17-26

    XU Cundong, CHENG Yu, WANG Rongrong, et al. Analysis of performance deterioration of concrete material with initial freeze-thaw damage under salt-freezing condition[J]. Advanced Engineering Sciences, 2019, 51(1): 17-26. (in Chinese)
    [11] JIANG Lei, NIU Ditao, YUAN Lidong, et al. Durability of concrete under sulfate attack exposed to freeze–thaw cycles[J]. Cold Regions Science and Technology, 2015, 112: 112-117. doi:  10.1016/j.coldregions.2014.12.006
    [12] WANG Dezhi, ZHOU Xiangming, MENG Yunfang, et al. Durability of concrete containing fly ash and silica fume against combined freezing-thawing and sulfate attack[J]. Construction and Building Materials, 2017, 147: 398-406. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2017.04.172
    [13] GAO Fangfang, TIAN Wei, WANG Yawei, et al. Effect of the dosage of MWCNTs on deterioration resistant of concrete subjected to combined freeze–thaw cycles and sulfate attack[J]. Structural Concrete, 2020(6): 1-11.
    [14] 姜磊, 牛荻涛. 硫酸盐与冻融环境下混凝土本构关系研究[J]. 四川大学学报(工程科学版),2016,48(3):71-78

    JIANG Lei, NIU Ditao. Study on constitutive relation of concrete under sulfate attack and freeze-thaw environment[J]. Journal of Sichuan University (Engineering Science Edition), 2016, 48(3): 71-78. (in Chinese)
    [15] LØLAND K E. Continuous damage model for load-response estimation of concrete[J]. Cement and Concrete Research, 1980, 10(3): 395-402. doi:  10.1016/0008-8846(80)90115-5
    [16] 蔡昊. 混凝土抗冻耐久性预测模型[D]. 北京: 清华大学, 1998.

    CAI Hao. Prediction model of concrete freeze-thaw durability[D]. Beijing: Tsinghua University, 1998. (in Chinese)
    [17] 赵燕茹, 范晓奇, 王利强, 等. 不同冻融介质作用下混凝土力学性能衰减模型[J]. 复合材料学报,2017,34(2):463-470

    ZHAO Yanru, FAN Xiaoqi, WANG Liqiang, et al. Attenuation model of mechanical properties of concrete under different freezing and thawing[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2017, 34(2): 463-470. (in Chinese)
    [18] 徐存东, 李振, 朱兴林, 等. 盐冻侵蚀作用下混凝土力学性能变化研究[J]. 人民黄河,2019,41(9):132-136 doi:  10.3969/j.issn.1000-1379.2019.09.028

    XU Cundong, LI Zhen, ZHU Xinglin, et al. Study on mechanical properties of concrete under salt-frost erosion[J]. Yellow River, 2019, 41(9): 132-136. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-1379.2019.09.028
    [19] 武海荣, 金伟良, 延永东, 等. 混凝土冻融环境区划与抗冻性寿命预测[J]. 浙江大学学报(工学版),2012,46(4):650-657 doi:  10.3785/j.issn.1008-973X.2012.04.012

    WU Hairong, JIN Weiliang, YAN Yongdong, et al. Environmental zonation and life prediction of concrete in frost environments[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2012, 46(4): 650-657. (in Chinese) doi:  10.3785/j.issn.1008-973X.2012.04.012
    [20] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准: GB/T 50082—2009[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2009.

    Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Standard for test methods of long-term performance and durability of ordinary concrete: GB/T 50082—2009[S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2009. (in Chinese)
    [21] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 混凝土结构设计规范: GB 50010—2019[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2019.

    Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Code for design of concrete structure: GB 50010—2019[S]. Beijing: China Architecture and Building Press, 2019. (in Chinese)
    [22] 逯晔坤. 西北地区输水渡槽运行期槽身结构安全评价[D]. 兰州: 兰州交通大学, 2020.

    LU Yekun. Safety evaluation of tank structure during operation of aqueducts in northwest China[D]. Lanzhou: Lanzhou Jiatong University, 2020. (in Chinese)
    [23] 罗维刚, 钱炯, 韩建平, 等. 在役钢筋混凝土空腹桁架拱渡槽检测及状态评估[J]. 甘肃科学学报,2008,20(4):115-119 doi:  10.3969/j.issn.1004-0366.2008.04.032

    LUO Weigang, QIAN Jiong, HAN Jianping, et al. Inspection and condition assessment on an existing RC arched vierendal truss aqueduct[J]. Journal of Gansu Sciences, 2008, 20(4): 115-119. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1004-0366.2008.04.032
    [24] 徐存东, 张鹏, 连海东, 等. 基于Weibull分布的灌区混凝土建筑物寿命预测[J]. 硅酸盐通报,2020,39(5):1483-1490

    XU Cundong, ZHANG Peng, LIAN Haidong, et al. Life prediction of concrete buildings in irrigated areas based on weibull distribution[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2020, 39(5): 1483-1490. (in Chinese)
  • [1] 王继敏, 白银, 丁建彤, 毛学工, 蔡跃波.  混凝土碱-骨料反应长期膨胀变形预测模型研究进展 . 水利水运工程学报, 2023, (2): 138-149. doi: 10.12170/20210805001
    [2] 陈永, 黄英豪, 朱洵, 吴敏, 王硕, 朱锐.  冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究 . 水利水运工程学报, 2021, (5): 112-119. doi: 10.12170/20210116001
    [3] 孙豹, 彭刚, 王乾峰, 梁辉.  水压力环境中混凝土孔隙水压力变化规律研究 . 水利水运工程学报, 2020, (): 1-8. doi: 10.12170/20190322001
    [4] 孙豹, 王乾峰, 徐童淋, 贺路翔.  冻融劣化混凝土压剪作用下力学特性及破坏准则 . 水利水运工程学报, 2019, (4): 107-115. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.04.015
    [5] 孙豹, 彭刚, 王乾峰, 杨紫辉.  混凝土剪切强度影响因素敏感性分析 . 水利水运工程学报, 2019, (3): 112-118. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.03.014
    [6] 肖洋, 彭刚, 黄超, 罗曦, 彭竹君.  压剪共同作用下混凝土的损伤演化研究 . 水利水运工程学报, 2018, (2): 112-119. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.02.015
    [7] 杨乃鑫, 陈灯红, 彭刚, 肖杰, 徐童淋.  循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响 . 水利水运工程学报, 2017, (4): 89-96. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.04.013
    [8] 宋迎俊, 许雷, 鲁洋, 钱智宇, 张雨灼, 李剑萍.  基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究 . 水利水运工程学报, 2017, (2): 51-58. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007
    [9] 柳琪, 彭刚, 徐童淋, 杨乃鑫.  冻融劣化混凝土循环加卸载外包络线及能量演化 . 水利水运工程学报, 2017, (6): 85-91. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.06.012
    [10] 刘博文, 彭刚, 王孝政, 马小亮, 邓媛.  不同冻融循环次数混凝土单轴压缩试验 . 水利水运工程学报, 2017, (1): 32-36. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.01.005
    [11] 王孝政, 彭刚, 罗曦, 肖杰.  混凝土单轴循环加卸载试验及声发射特性 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 92-97.
    [12] 肖杰, 彭刚, 邓媛, 王孝政, 罗曦.  循环加卸载下混凝土滞回环特性研究 . 水利水运工程学报, 2016, (6): 97-102.
    [13] 江培情, 王立成.  基于Ottosen模型的混凝土多轴动态强度准则 . 水利水运工程学报, 2015, (1): 74-81.
    [14] 陈迅捷,欧阳幼玲.  海洋环境中混凝土抗冻融循环试验研究 . 水利水运工程学报, 2009, (2): -.
    [15] 莫思平,辛文杰,应强.  广州港深水出海航道伶仃航段回淤规律分析 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 42-46.
    [16] 潘存鸿,鲁海燕,曾剑.  钱塘江涌潮特性及其数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [17] 何杰,辛文杰.  潮汐河口汊道治理的数值模拟 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 61-66.
    [18] 贲能慧,任旭华,许朴.  复杂多滑动面混凝土重力坝稳定分析与安全评价 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [19] 魏巍巍,贡金鑫,李龙.  使用荷载下圆形截面钢筋混凝土构件钢筋应力的计算 . 水利水运工程学报, 2008, (2): -.
    [20] 何世钦,贡金鑫,赵国藩.  冻融循环下混凝土中氯离子的扩散性 . 水利水运工程学报, 2004, (4): 32-36.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-25
  • 网络出版日期:  2022-07-13
  • 刊出日期:  2022-08-23

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