韓風(fēng)霞　郭鑫　劉清

摘要：為研究聚乙烯超高韌性水泥基復(fù)合材料梁的抗凍融性能，參照西北地區(qū)冬季近10年1月份平均最低溫度，對(duì)15根PE-ECC梁進(jìn)行了凍融試驗(yàn)。對(duì)凍融后的PE-ECC梁的受彎性能進(jìn)行了分析;采用基于熱傳導(dǎo)理論的有限元程序USDFLD對(duì)PE-ECC梁進(jìn)行了凍融循環(huán)與荷載耦合作用下的分析，同時(shí)與PE-ECC梁的凍融試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比與分析。結(jié)果表明，凍融200次后的PE-ECC梁的質(zhì)量損失率為1.12%，相對(duì)動(dòng)彈性模量高達(dá)93.4%，且凍融100次后的PE-ECC梁的極限彎矩約是PVA-ECC梁的1.19倍，是同等級(jí)抗壓強(qiáng)度普通混凝土梁的1.62倍;ABAQUS子程序USDFLD可以較準(zhǔn)確地計(jì)算PE-ECC梁在凍融循環(huán)作用下的破壞應(yīng)力、承載力等，得到的PE-ECC梁抗凍融性能與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。采用USDFLD程序模擬PE-ECC梁的抗凍融循環(huán)性能具有可行性，可為研究荷載作用下的ECC構(gòu)件的抗凍融循環(huán)性能提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：特種建筑材料;PE-ECC梁;抗凍融性能;USDFLD程序;承載力

中圖分類號(hào)：TU560.25文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.7535/hbkd.2022yx03001

Experimental study and finite elementanalysis on freeze-thaw resistance of PE-ECC beams

[J].Journal of Hebei University of Science and Technology，2022，43（3）：221-230.

Experimental study and finite elementanalysis on freeze-thaw resistance of PE-ECC beams

HAN Fengxia GUO Xin LIU Qing

（1.College of Architectural Engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang 830017，China;2.Key Lab of Building Structure and Earthquake Resistance，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang 830017，China）

Abstract：In order to study the freeze-thaw resistance of polyethylene engineered cementitious composite （PE-ECC） beams，15 PE-ECC beams were tested with reference to the average lowest temperature in January of recent ten years in winter in Northwest China.The bending properties of PE-ECC beams after freezing and thawing were analyzed.At the same time，the finite element program USDFLD based on heat conduction theory was used to analyze the PE-ECC beam under the coupling action of freeze-thaw cycle and load，and the results were compared and analyzed with the freeze-thaw test results of PE-ECC beam.The results show that the mass loss rate of PE-ECC beam after freezing and thawing for 200 times is 1.12%，the relative dynamic elastic modulus is as high as 93.4%，and the ultimate moment of PE-ECC beam after freezing and thawing for 100 times is about 1.19 times that of PVA-ECC beam and 1.62 times that of ordinary concrete beam with the same compressive strength.ABAQUS subroutine USDFLD can accurately calculate the failure stress and bearing capacity of PE-ECC beams under freeze-thaw cycles.The freeze-thaw resistance of PE-ECC beam is in good agreement with the experimental results.It is possible to use the program USDFLD for simulating the freeze-thaw resistance of PE-ECC beams，which provides some reference for the study of the freeze-thaw cycle resistance of ECC members under loads.

Keywords： special building materials;PE-ECC beam;freeze-thaw resistance;USDFLD program;bearing capacity

超高韌性水泥基復(fù)合材料（engineered cementitious composite，ECC）是一種纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，通過摻入隨機(jī)分布的高強(qiáng)度、高彈性模量的短纖維，使其具備高延性，且在受拉和受剪時(shí)呈現(xiàn)出多重開裂的特征[1-2]?。目前，研究人員已對(duì)ECC的受拉、受壓、抗彎、抗剪、抗裂等基本性能進(jìn)行了研究[3-5]，但對(duì)ECC的耐久性能研究相對(duì)較少，尤其是對(duì)于利用具有良好耐化學(xué)性且生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的聚乙烯（polyethylene，PE）纖維[6]制作的PE-ECC梁的抗凍融循環(huán)性能的研究相對(duì)較少。

混凝土材料的抗凍融循環(huán)性能可采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行分析。數(shù)值模擬具有耗費(fèi)成本低、計(jì)算時(shí)間短、可重復(fù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但建模過程中對(duì)邊界條件和材料屬性的簡(jiǎn)化，也會(huì)使模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果存在一定的偏差。段安[7]結(jié)合試驗(yàn)以熱力學(xué)和孔隙彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，建立了一系列混凝土凍融循環(huán)的控制方程，并通過有限元分析軟件COMSOL Multiphysics對(duì)混凝土試件進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)最大溫度應(yīng)變的模擬值與試驗(yàn)值的誤差為3%～12%。頡玉龍[8]采用同樣的研究方法分析了凍融循環(huán)次數(shù)對(duì)混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量與抗壓強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)在不同凍融循環(huán)次數(shù)下，相對(duì)動(dòng)彈性模量的模擬值與試驗(yàn)值誤差為8.0%～9.2%，抗壓強(qiáng)度的模擬值與試驗(yàn)值誤差為5.3%～10.4%，證明了該模擬方法研究混凝土抗凍性能的可靠性。邢凱[9]利用ANSYS有限元軟件對(duì)凍融循環(huán)下混凝土試塊進(jìn)行了數(shù)值模擬，并對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)的混凝土溫度場(chǎng)分布云圖進(jìn)行了分析，進(jìn)而驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可行性。張益多等[10]考慮凍融與疲勞加載對(duì)混凝土的耦合損傷作用，推導(dǎo)出了考慮凍融損傷的混凝土疲勞本構(gòu)模型，通過ANSYS進(jìn)行模擬驗(yàn)證了該模型的有效性。蘭薇等[11]通過ABAQUS軟件模擬了圓柱體混凝土試塊的凍融試驗(yàn)與單軸壓縮試驗(yàn)，在模擬凍融試驗(yàn)中，能清晰地觀察到應(yīng)力、應(yīng)變隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，且能較為準(zhǔn)確地判斷出混凝土試塊的最大抗壓強(qiáng)度。周禹辛等[12]利用ABAQUS模擬出不同凍融循環(huán)次數(shù)、不同加載速率對(duì)凍融后混凝土棱柱體的峰值應(yīng)力、應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。綜上所述，針對(duì)超高韌性水泥基復(fù)合材料構(gòu)件在凍融循環(huán)作用下的性能的數(shù)值分析研究較少，如何采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行PE-ECC梁的抗凍性能分析，以評(píng)估其抗凍融性能是亟待解決的問題。

本文在PE-ECC梁凍融試驗(yàn)研究[13]的基礎(chǔ)上，利用USDFLD程序模擬PE-ECC梁的抗凍融性能，并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證模型的可靠性，為超高韌性水泥基復(fù)合材料在中國西北寒冷地區(qū)的工程應(yīng)用提供參考。

1PE-ECC梁凍融試驗(yàn)方案

1.1原材料

本研究采用新疆本地的P.0 42.5水泥、新疆本地的Ⅱ級(jí)粉煤灰、新疆本地的沙漠砂與天然砂、1600D型號(hào)PE纖維、烏魯木齊自來水、減水率為21%的聚羧酸系減水劑、羥丙基甲基纖維作為增稠劑、特種改性聚硅乙烷作為消泡劑來制作PE-ECC梁。PE-ECC梁的配合比如表1所示，其中，沙漠砂取代率為20%，PE纖維摻量為1.5%。

1.2試件尺寸設(shè)計(jì)

1.3試驗(yàn)過程

1） 凍融試驗(yàn)

根據(jù)《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50082—2009）[14]中的快凍法對(duì)PE-ECC梁進(jìn)行凍融試驗(yàn)，凍融箱選用天津市惠達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)的快速凍融試驗(yàn)設(shè)備（TDR型）。凍融開始前將養(yǎng)護(hù)24 d的PE-ECC棱柱體放入（20±2）℃水中浸泡4 d。先用電子秤稱量試件質(zhì)量，隨后用共振儀測(cè)量其橫向基頻振動(dòng)頻率初始值后開始試驗(yàn)，每50次凍融循環(huán)后進(jìn)行1次質(zhì)量與相對(duì)動(dòng)彈性模量的測(cè)定，每次凍融循環(huán)時(shí)間為4 h，用于融化的時(shí)間大于整個(gè)凍融循環(huán)時(shí)間的1/4。在冷凍和融化過程中，PE-ECC梁中心最低和最高溫度應(yīng)分別控制在（-18±2） ℃和（5±2） ℃（此處的最低溫度參考西北5省近10年1月份的日平均最低溫度的平均值[15]進(jìn)行設(shè)置，詳見圖2，最高溫度依據(jù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)置）。

2） 力學(xué)加載試驗(yàn)

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50152—2012）[16]，采用三分點(diǎn)加載方式對(duì)凍融后的PE-ECC梁進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。采用分級(jí)加載制，每級(jí)加載應(yīng)力值為0.2 MPa，當(dāng)加載到計(jì)算極限荷載的85%時(shí)，每級(jí)加載應(yīng)力值為0.1 MPa，直到縱筋屈服，受壓區(qū)ECC壓碎為止。

2PE-ECC梁凍融試驗(yàn)結(jié)果

2.1質(zhì)量損失率與相對(duì)動(dòng)彈性模量

用電子秤與共振儀分別測(cè)得的0次、50次、100次、150次、200次凍融循環(huán)后的PE-ECC梁的質(zhì)量與棱柱體試件的橫向基頻振動(dòng)頻率，質(zhì)量損失率與相對(duì)動(dòng)彈性模量詳見表2。

由圖3 a）及表2可知，隨著凍融次數(shù)的增加，質(zhì)量損失率先減小后增加。0～50次時(shí)，質(zhì)量損失小于0，說明質(zhì)量在增加。可能因?yàn)樵趦鼋Y(jié)融化初期，ECC基體在凍脹應(yīng)力作用下初始裂紋不斷擴(kuò)展，新的裂紋不斷衍生，微裂紋的增加促使通過裂紋進(jìn)入ECC基體內(nèi)部的水逐漸增加。雖然凍融使得ECC表面剝落，但水增加的質(zhì)量大于剝落的質(zhì)量，所以凍融初期質(zhì)量略有增加。50～200次時(shí)質(zhì)量逐漸減少，可能是因?yàn)閮鋈谑沟肊CC基本損傷劣化，ECC不斷剝蝕。結(jié)合圖3 a）中普通混凝土試件的質(zhì)量損失率變化規(guī)律[17]可知，ECC凍融循環(huán)后質(zhì)量損失不明顯，凍融200次后試塊質(zhì)量只損失0.71%，原因可能是由于ECC沒有粗骨料石子，相對(duì)于普通混凝土質(zhì)量較輕，所以凍融循環(huán)后質(zhì)量下降較少。

圖3 b）給出了PE-ECC梁的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律。由圖3 b）可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，PE-ECC梁的相對(duì)動(dòng)彈性模量逐漸降低。0～50次時(shí)曲線的斜率較小，150～200次時(shí)曲線的斜率較大，說明凍融初期凍融對(duì)PE-ECC材料損傷程度較小，凍融次數(shù)越多，對(duì)PE-ECC的損傷程度越嚴(yán)重。而普通混凝土則表現(xiàn)為凍融初期的損傷較大，凍融后期的損傷較前期略小。PE-ECC梁在經(jīng)受200次凍融循環(huán)后，其相對(duì)動(dòng)彈性模量仍高達(dá)93.4%，結(jié)合圖3 b）中普通混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量變化規(guī)律[17]可知，ECC凍融循環(huán)后相對(duì)動(dòng)彈性模量降低并不明顯。這主要是由于PE纖維的摻入，在ECC基體中引入了較多的細(xì)微氣泡，這些細(xì)微氣泡有效緩解了水結(jié)冰后對(duì)水泥基體的凍脹應(yīng)力。同時(shí)，PE纖維可以抑制裂紋的發(fā)展并使得裂縫更均勻地分散，在溫度正負(fù)交替過程中降低了凍融對(duì)水泥基結(jié)構(gòu)的劣化影響。

2.2凍融后梁的跨中彎矩-撓度曲線

為更深入分析凍融循環(huán)對(duì)PE-ECC的影響，對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)下的PE-ECC梁的受彎性能進(jìn)行研究。圖4給出了不同凍融循環(huán)次數(shù)下PE-ECC簡(jiǎn)支梁的跨中彎矩-撓度骨架曲線。如圖4所示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，受壓區(qū)ECC破壞時(shí)PE-ECC梁的跨中彎矩與撓度均遞減，受壓區(qū)ECC破壞時(shí)與鋼筋屈服時(shí)的撓度差也呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。曲線變化規(guī)律表明，凍融循環(huán)過程中，冷熱交替循環(huán)的環(huán)境中凍脹應(yīng)力會(huì)對(duì)PE-ECC內(nèi)部造成損傷，具體表現(xiàn)為在PE-ECC基體內(nèi)產(chǎn)生許多微小凍脹裂紋。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，凍脹裂紋就越多，凍融損傷程度就越嚴(yán)重，造成PE-ECC梁承載力下降，延性變差。相比于普通混凝土梁，PE-ECC梁在彎曲荷載下表現(xiàn)出多縫開裂特征，在相同荷載水平下具有更好的延性。

3數(shù)值分析模型的建立

3.1材料本構(gòu)

1）鋼筋

根據(jù)文獻(xiàn)[18]，為提高模擬結(jié)果的精準(zhǔn)度，鋼筋的本構(gòu)選用三折線模型，如圖5所示。

2） PE-ECC

本文主要分析PE-ECC梁的抗凍性能與凍融后的抗彎性能，對(duì)纖維與水泥基體進(jìn)行整體建模。因ECC在壓縮荷載下表現(xiàn)出與混凝土相似的應(yīng)變軟化特性[19]，故可采用混凝土塑性損傷模型（concrete damage plasticity，CDP）模擬ECC的受壓行為。CDP的核心是基于Sidoroff F[20]根據(jù)能量等效性假設(shè)提出的混凝土損傷因子α，具體參數(shù)見表3。

3.2單元選取與邊界條件

1） 單元類型

模擬凍融循環(huán)的溫度場(chǎng)時(shí)，依據(jù)熱傳導(dǎo)理論[24]，ECC采用八節(jié)點(diǎn)線性傳熱六面體單元 DC3D8，單元幾何為邊長(zhǎng)25 mm的正方體，ECC網(wǎng)格劃分如圖7所示，分為912個(gè)六面體單元，1 375個(gè)節(jié)點(diǎn)。模擬凍融后的四點(diǎn)彎曲時(shí)，ECC選用計(jì)算效率高且適合模擬應(yīng)力集中問題的八節(jié)點(diǎn)六面體線性縮減積分單元C3D8R。

鋼筋單元選用桁架單元（T3D2），鋼筋骨架分為184個(gè)單元、190個(gè)節(jié)點(diǎn)，鋼筋骨架如圖8所示。利用內(nèi)置區(qū)域方式（embedded region）將鋼筋骨架嵌入到ECC中，建模過程中不考慮鋼筋受凍融循環(huán)的溫度影響。

2） 邊界條件

模擬ECC梁受凍融循環(huán)的溫度影響時(shí)，邊界條件通過對(duì)ECC基體外表面膜層散熱系數(shù)進(jìn)行設(shè)置，具體參數(shù)見表4。值得注意的是，此處的參數(shù)來源為文獻(xiàn)[12]，且為擬定數(shù)據(jù)。

4模型驗(yàn)證

4.1凍融循環(huán)下的溫度模擬

采用熱傳導(dǎo)分析方法模擬凍融試驗(yàn)中溫度變化對(duì)PE-ECC梁的影響。依據(jù)凍融試驗(yàn)中PE-ECC梁中心溫度的上下界進(jìn)行溫度幅值的輸入。模擬中溫度隨時(shí)間變化的曲線按照?qǐng)D9所示進(jìn)行設(shè)置，一個(gè)凍融循環(huán)需4 h，其中凍結(jié)過程耗時(shí)2 h，溫度從7 ℃降至-20 ℃;融解過程耗時(shí)2 h，溫度從-20 ℃升至7 ℃。

基于表4中的參數(shù)設(shè)置，分別按圖9中2種幅值曲線進(jìn)行模擬。如圖9所示，發(fā)現(xiàn)以PE-ECC梁中心溫度變化設(shè)置幅值曲線與試驗(yàn)情況更為接近。由表5可知，試驗(yàn)梁在不同次數(shù)的凍結(jié)過程中溫度變化依次為（6.84±0.27）、（0.26±0.02）、（-6.74±0.49）和（-13.03±0.50） ℃，在不同次數(shù)的融解過程中溫度變化為（-20.07±1.09）、（-13.14±0.97）、（-6.58±0.50）和0.26 ℃;而模擬梁在不同凍融循環(huán)次數(shù)下的溫度變化均為-7，0.25，-6.50，-13.25，-20，-13.25，-6.50，0.25和-7 ℃。不同凍融循環(huán)次數(shù)下，PE-ECC梁中心溫度的模擬值與試驗(yàn)值的相對(duì)誤差在-7.41%～6.91%范圍內(nèi)，說明ABAQUS的熱傳導(dǎo)分析可較好地模擬凍融循環(huán)過程中溫度變化對(duì)PE-ECC梁的影響。

4.2凍融后PE-ECC梁抗彎模擬

將4.1節(jié)中的熱傳導(dǎo)分析結(jié)果設(shè)為預(yù)應(yīng)力場(chǎng)，進(jìn)行PE-ECC梁的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)?zāi)M，模型示意圖如圖10所示。

荷載按試驗(yàn)梁的極限承載力進(jìn)行設(shè)置。為了考慮凍融循環(huán)對(duì)PE-ECC梁的損傷，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果對(duì)文獻(xiàn)[25]中混凝土相對(duì)彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)的擬合公式進(jìn)行調(diào)整，見式（7）。

圖11—圖13反映了模擬中PE-ECC梁破壞時(shí)的應(yīng)力分布與試驗(yàn)中的破壞現(xiàn)象。值得注意的是，通過觀察應(yīng)力云圖，圖11和圖12中梁底應(yīng)力分布與試驗(yàn)梁梁底開裂情況不一致。主要是由于數(shù)值模擬采用整體式建模，不能充分反映ECC的多縫開裂特征，但失效單元所在區(qū)域邊界的形狀變化可以反映出試驗(yàn)梁梁底開裂的破壞邊界。結(jié)合圖11 a）—圖13 a）及表6可知：凍融循環(huán)0次、50次、100次、150次、200次后，PE-ECC梁在破壞時(shí)受壓一側(cè)應(yīng)力分別為35.2 ，28.9 ，29.9，25.1和23.7 MPa，總體呈下降趨勢(shì)。此外，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，PE-ECC梁破壞時(shí)受壓區(qū)應(yīng)力與受拉區(qū)失效長(zhǎng)度均有減小的趨勢(shì)，而受壓區(qū)最大應(yīng)力分布面積有增大的趨勢(shì)?？芍獌鋈谘h(huán)次數(shù)越大，PE-ECC梁的延性越差，受壓側(cè)ECC愈早破壞。從圖11 b）—圖13 b）可以看出，隨著凍融次數(shù)的增加，PE-ECC梁在純彎段裂紋數(shù)量顯著減少。

2）極限荷載

由表7可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的遞增，極限荷載與極限撓度的模擬值（或試驗(yàn)值）均遞減。凍融50次、100次、150次、200次后的PE-ECC梁，與未凍融PE-ECC梁比較，極限荷載試驗(yàn)值分別降低1.92%，10.89%，18.58%，30.77%;極限荷載模擬值分別降低2.18%，6.92%，17.62%，31.23%;極限撓度試驗(yàn)值分別降低6.59%，11.54%，28.18%，32.59%;極限撓度模擬值分別降低8.04%，17.58%，29.14%，35.17%。模擬值與試驗(yàn)值誤差在4.8%～10.3%范圍內(nèi)，較為吻合。

由表7可知，極限荷載的模擬值相比于試驗(yàn)值較大，這是因?yàn)樵囼?yàn)梁由于纖維結(jié)團(tuán)等原因出現(xiàn)的初始缺陷（如孔洞，微裂紋等），導(dǎo)致產(chǎn)生相同撓度時(shí)，承載力模擬值高于試驗(yàn)值。

3）跨中彎矩-撓度曲線

圖14為PE-ECC 梁的跨中彎矩-撓度曲線。圖14 a）是不同凍融次數(shù)下PE-ECC 梁的跨中彎矩-撓度模擬曲線，圖14 b）、14 c）、14 d）分別是未凍融、100次凍融、200次凍融后的PE-ECC梁的模擬與試驗(yàn)跨中彎矩-撓度曲線。由圖14及表7可知，將PE-ECC梁跨中彎矩-撓度模擬曲線與試驗(yàn)曲線相比，吻合較好，相對(duì)誤差在10.3%以內(nèi)。

由圖14 a）可知，凍融50次、 100次、 150次、200次PE-ECC梁，與未凍融PE-ECC梁比較，極限彎矩分別為降低2.29%，6.90%，17.59%，31.17%。故隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增大，PE-ECC梁極限彎矩減小，而極限彎矩增量的絕對(duì)值有增大的趨勢(shì)。但若取剛度（彈性段斜率）損失大小衡量?jī)鋈趽p傷程度，在凍融437次后，PE-ECC的剛度降至未凍融前的60%左右。依據(jù)《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50164—2011）[26]可知，PE-ECC的抗凍等級(jí)為F400以上。結(jié)合圖14 b）、14 c）可知，PE-ECC的抗凍融性能較普通混凝土要優(yōu)良許多。

由圖14 b）—14 d）可知，PE-ECC梁的模擬與試驗(yàn)跨中彎矩-撓度曲線在彈性階段相距很小，塑性階段相距較大，原因是由于試驗(yàn)中的鉸接形式會(huì)存在支座與試件間摩檫力做功的情況，這將會(huì)消耗一部分外力功。PE-ECC梁的塑性變形能如表7所示。

文獻(xiàn)[27]試驗(yàn)值曲線反映了PVA-ECC 梁的跨中彎矩-撓度關(guān)系，文獻(xiàn)[28]試驗(yàn)值曲線反映了C40混凝土梁的跨中彎矩-撓度關(guān)系，如圖14 b）、圖14 c）所示，PE-ECC梁的極限彎矩約是PVA-ECC梁的1.19倍，同等級(jí)抗壓強(qiáng)度混凝土梁的1.62倍。

5結(jié)論

本文基于PE-ECC梁凍融試驗(yàn)結(jié)果，通過ABAQUS有限元軟件建立了PE-ECC梁凍融分析模型，對(duì)凍融后PE-ECC梁的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了PE-ECC梁的應(yīng)力云圖、極限荷載、跨中彎矩-位移曲線，并分別與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：

1）在凍融循環(huán)作用后，PE-ECC梁與普通混凝土梁相比，其極限承載力高于普通混凝土梁的極限承載力，表現(xiàn)出了較好的抗凍性能;

2）基于熱傳導(dǎo)理論，結(jié)合ABAQUS子程序USDFLD進(jìn)行了PE-ECC梁凍融循環(huán)與荷載順序耦合模擬，數(shù)值模擬值與試驗(yàn)值吻合較好，相對(duì)誤差較小，驗(yàn)證了采用該程序進(jìn)行PE-ECC凍融與荷載耦合模擬的可行性;

3）模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的差異主要體現(xiàn)在塑性階段，當(dāng)PE-ECC 梁進(jìn)入塑性階段，在相同荷載水平下，凍融后PE-ECC梁承載力與延性要比未凍融的差。

本文僅對(duì)彎曲荷載下的PE-ECC梁的抗凍融循環(huán)性能進(jìn)行了研究，且模擬采用的是整體式建模。后續(xù)研究中可對(duì)其他荷載方式作用下的ECC構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)或模擬研究，例如，本文將PE-ECC梁模型用于研究四分點(diǎn)彎曲作用下的受剪性能的適用性還需進(jìn)一步分析;此外，為進(jìn)一步提高模型的計(jì)算精度，可考慮纖維隨機(jī)分布的分離式建模方式。

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