反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究摘要：为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响，本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验，得到各试件应力应变曲线及骨架曲线，考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应，从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明：随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累，其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭，破坏较为突然，反复荷载碳化混凝土延性变差；反复荷载下随着碳化率的增加，混凝土碳化后的峰值应变有所降低，但变化不大；而峰值应力均有所提高，极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力应变本构关系，通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.关键词：混凝土；碳化率；反复荷载；本构关系；力学性能：TU528文献标识码：A混凝土碳化是影响结构耐久性的重要因素之一[1].国内外学者对混凝土的抗碳化问题[2]、碳化的影响因素[3]、多因素作用对混凝土抗碳化性能的影响[4]、碳化模型[5]以及应力状态和应力损伤对碳化混凝土的影响[6-10]进行了研究.研究结果表明：碳化混凝土峰值应力提高，极限应变降低，弹性模量增加，延性降低，脆性明显增加.混凝土本构关系是研究混凝土结构承载力和变形特征的基本依据，是分析构件极限承载力和进行非线性全过程分析时必不可少的，对碳化后的混凝土的本构关系进行研究，既为既有建筑物的耐久性及抗震性能分析提供了理论依据[11]，也对钢筋混凝土结构的耐久性设计有着重要的现实意义.耿欧[12]根据试验成果，建立了单调荷载下碳化混凝土受压本构关系.但结构在正常使用过程中，往往承受反复荷载作用，反复荷载下碳化混凝土的力学性能与单调荷载下有所差异.然而目前对碳化混凝土在反复荷载下的力学性能及本构关系研究未见报道，本文以混凝土碳化率为分析参数，通过试验研究碳化混凝土在反复荷载下力学性能及耗能性能的变化规律，并建立反复荷载下碳化混凝土的本构关系，为疲劳荷载、地震作用、风荷载及其他反复荷载作用下碳化混凝土结构性能评估及既有结构再设计提供技术依据.1试验概况1.1试件设计试验依据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》[13]及GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[14].试验采用100mm×100mm×300mm棱柱体试件，混凝土设计强度为C35.试件共5组，每组6个，其中3个进行单调受压试验，另外3个进行反复受压试验，见表1.未碳化立方体试块28d强度为35.1MPa，弹性模量为3.13×104MPa.碳化箱按JG/T247《混凝土碳化试验箱》采用CCB70F试验箱，二氧化碳体积分数为20%±3%，相对湿度保持在70%±5%的范围内，温度保持在20℃±5℃.1.2试验装置及加载制度试验设备采用电液伺服材料试验机，最大压力3000kN，精度0.1kN.试验开始前，将试件受力面磨平，保证两端部与轴线垂直.试验在预加载结束后，设置加载程序，单调加载时开始的加载速度为0.3mm/min，当应力达到峰值应力的70%时，把加载速度减小到0.1mm/min，一直到试件破坏.在进行反复加载试验时，与单调加载的加载方式类似，采用的是等位移增幅加载.上升段等位移加载速度为0.3mm/min，增幅是0.05mm.卸载段采用力控制，卸载速度为3kN/s，荷载完全卸载后进行再加载，直至试件破坏.反复荷载加载机制见图1.2基于混凝土碳化率分析的原因已有研究通常采用碳化深度作为参数，但相同的碳化深度对截面面积不同混凝土结构或构件力学性能影响不同，采用碳化深度来表征碳化对混凝土结构或构件性能的影响不能考虑实际构件截面的尺寸效应；另一方面，实际结构中同一个构件碳化后各个面由于所处环境不完全相同，导致其碳化深度也不相同，碳化对相同的环境中不同构件的影响也不尽相同，目前还未见有相关文献采用其他碳化参数表征碳化对混凝土力学性能及本构关系的影响.为考虑尺寸效应以便更合理地描述混凝土碳化后力学性能变化规律，本文采用混凝土碳化率作为分析参数来研究碳化混凝土性能，碳化率=Ac/A，即结构或构件的相对碳化...