冻融、侵蚀和载荷耦合作用下钢筋混凝土结构疲劳劣化机理研究

北方寒冷地区的混凝土结构受到冻融循环和用于除冰盐融雪的氯盐侵蚀作用的同时，还会受到持续载荷和疲劳荷载作用。在冻融、侵蚀和荷载耦合作用下，钢筋混凝土结构的疲劳劣化问题加重。目前钢筋混凝土结构多场耦合作用下的疲劳劣化机理研究尚属空白。本项目拟研究钢筋混凝土结构在冻融、侵蚀和持载耦合作用下的疲劳性能，通过混凝土材料层面和钢筋混凝土结构层面的试验研究，先经历冻融和侵蚀作用后再进行疲劳加载试验，最后进行静力试验研究，并利用扫描电子显微镜等检测方法，研究在冻融循环、化学侵蚀和载荷耦合作用下混凝土材料和钢筋混凝土构件的疲劳劣化机理和规律，以及钢筋混凝土结构疲劳劣化分析模型，为北方寒冷地区钢筋混凝土结构耐久性设计提供合理化建议。研究成果对于建立绿色环保、节约型社会有着重要的现实和经济意义。

本项目针对北方沿海寒冷地区的气候环境特点，围绕在冻融、氯侵和疲劳载荷综合作用下钢筋混凝土结构劣化规律和微观机理展开试验研究。先对钢筋混凝土梁进行不同幅值荷载和不同循环次数(20万或40万)的疲劳加载，再将疲劳损伤后的钢筋混凝土梁进行海水干湿交替作用或冻融与海水侵蚀交替作用试验，最后进行静力加载试验获得剩余承载力并进行材料微观检测试验。基于37根钢筋混凝土梁试件和相应材料试件的宏观试验和大量材料微观检测数据分析，结果表明，在疲劳载荷为0.1Pu-0.3Pu条件下：在均经历20万次疲劳加载后，与放置空气环境的梁试件相比，经历海水干湿交替作用梁试件的屈服荷载和极限荷载分别降低了12.3%和6.1%，经历冻融与海水侵蚀交替作用的梁试件屈服荷载和极限荷载分别降低了11.3%和11.0%；疲劳加载40万次的梁试件经历冻融与海水侵蚀交替作用后,其屈服荷载较同条件但疲劳加载20万次的梁试件降低了12.2%。可见冻融、侵蚀和疲劳载荷综合作用加剧了钢筋混凝土结构的性能劣化，其劣化规律和机理研究非常重要。