不同强度等级混凝土遭受超低温冻融循环作用的受压强度试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土经历0次、16次和30次温度区间分别为15℃~-120℃和15℃~-190℃的冻融循环作用试验,探讨不同强度等级混凝土超低温冻融循环作用下受压强度变化规律。试验结果表明,不同强度等级混凝土试件上下限温度时加载的破坏形态基本上类似、均大致呈对顶锥状,但其破坏面状况等破坏特征有所不同。经历各种超低温冻融循环作用工况混凝土上、下限温度时的相对受压强度随其含水率增加基本上均呈下降趋势。而随强度等级提高,上限温度时混凝土相对受压强度呈增大态势,但各强度等级混凝土均随冻融循环作用次数的增加呈下降趋势;下限温度时不同超低温温度区间的混凝土相对受压强度虽也基本上有所增大,但增大的原因存在明显的差异。给定的超低温冻融作用温度区间工况下各强度等级混凝土下限温度时相对受压强度随冻融循环作用次数增加的变化趋势相似,但不同温度区间时却不同。超低温冻融作用对混凝土性能影响与常规冻融作用不同,其受压强度恶化更为严重。实际工程中不能直接地将常规冻融循环作用研究结果应用于设计具有超低温冻融作用的混凝土结构。     

不同强度等级混凝土遭受低温冻融循环作用的弹性模量试验研究

通过设计强度等级C40、C50及C60混凝土的低温冻融循环作用试验,探讨不同混凝土强度等级对其弹性模量的影响。选取的低温冻融循环作用温度区间为15℃—-120℃和15℃—-190℃,冻融次数分别取0次、16次和30次。结果表明,各强度等级混凝土经历不同温度区间低温冻融循环作用上限温度时的相对弹性模量均随冻融循环作用次数增加而减小,而下限温度时则随冻融循环作用次数增加不仅不降低还略有增大。无论是作用的温度区间和冻融次数不同还是上下限温度时加载,其相对弹性模量均随混凝土强度等级的提高而增加。各强度等级混凝土弹性模量变化特征明显不同于自然环境的常规冻融试验结果,较少的冻融循环作用次数便使其产生严重的恶化。     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究

通过混凝土经历3种温度区间（10~℃-40℃、10~℃-80℃和10~℃-160℃）的冻融循环作用试验,探讨不同的超低温温度作用区间对混凝土受压强度的影响。结果表明:经历不同超低温温度区间各种冻融循环作用次数的试件,上下限温度时加载的破坏形态虽基本上呈对顶锥状,但其破坏过程声响和破坏状况等不尽相同;经历超低温冻融循环作用混凝土的受压强度变化规律明显不同于遭受自然环境温度下冻融作用,各超低温温度区间的冻融循环作用影响也不同。下限温度较高温度区间的冻融循环作用初期,混凝土受压强度将提高,但之后随冻融循环作用次数的增加呈波动状的恶化态势;不同超低温温度区间的混凝土单次冻融循环作用损伤指标和累积冻融循环作用损伤指标存在明显的差异。对于下限温度较高的温度区间,下限温度时它们经历较多次冻融循环作用后仍为正值,而下限温度较低的温度区间则经历数次冻融循环作用后便始终为负值,表明混凝土累积损伤较前者严重。这些结果可为可靠地进行液化天然气储罐类混凝土结构设计提供参考。     

常温及-30℃至-120℃间冻融循环作用混凝土受压强度试验研究

通过常温及-30℃至-120℃间冻融循环作用混凝土的试验,得到混凝土超低温冻融循环下受压强度的变化规律。结果表明,经历冻融循环作用的混凝土破坏形态基本同常温,但冻融循环上限温度时不再呈对顶棱锥状;冻融循环作用导致的混凝土受压强度恶化主要集中于初期,随冻融循环次数继续增加则影响较小;冻融循环作用上下限温度时的混凝土受压强度变化规律相似,不同冻融循环工况下混凝土受压强度在冻融循环开始时相似,但随后有所不同。     

关键影响因素耦合作用下混凝土低温受压峰值应变试验研究

通过混凝土的低温轴压试验系统地探讨作用的低温(-40℃至-180℃)和混凝土的含水率(1.5%至5.5%)、强度等级(C30、C40和C50)等3个关键因素对混凝土低温受压峰值应变的影响。结果表明,混凝土的受压峰值应变在低温下提升幅度较小,但各关键影响因素间存在明显的耦合作用关系。其它条件相同情况下,混凝土低温受压峰值应变随其含水率增加而升高,随作用的低温降低呈现出先增长后趋于稳定的变化趋势,而混凝土强度等级对其低温受压峰值应变的影响则相对较小。由试验结果拟合给出的混凝土低温相对受压峰值应变关于作用的低温以及混凝土的含水率、强度等级等3个关键影响因素的耦合作用关系式可为低温储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能试验研究

为研究超低温环境下箍筋约束混凝土轴心受压性能,对超低温环境下钢筋混凝土结构,尤其是轴心受压构件的分析和设计工作提供试验依据和数据支持,通过3组体积配箍率不同的钢筋混凝土试件的轴心受压试验,研究混凝土应力-应变曲线、荷载-位移曲线随温度的变化趋势。对温度参数无量纲化处理后,进一步研究配箍特征值对混凝土强度、峰值应变、延性的影响规律,并进行应力-应变曲线拟合。结果表明:温度降低,箍筋约束混凝土的峰值应力、弹性模量提高,峰值应变减小,脆性增大;配箍特征值增大,混凝土强度、峰值应变、延性均增大,弹性模量变化不大;试验所得应力-应变曲线与理论曲线吻合较好。     

不同强度等级混凝土-190℃时受压强度性能试验研究

通过5种配合比混凝土的试验,探究了不同强度等级混凝土-190℃超低温下的受压强度性能。结果表明,-190℃时混凝土受压的宏观试验现象较常温明显地不同。破坏时脆性均显著,但破坏形态却基本相同。所有试件混凝土-190℃时的受压强度均显著地提高,但混凝土的强度等级对其影响较大,并且还取决于混凝土的含水率。该次试验的C30和C40混凝土-190℃时受压强度较常温可分别增幅达40%和65%,提高其含水率后竟与C50和C60混凝土增幅相近、达90%以上。根据该次试验结果与已有研究结果给出的不同强度等级混凝土-190℃时受压强度的计算模型,可用于LNG储罐等混凝土结构的设计和安全评估。     

不同含水率混凝土遭受常温至-190℃间冻融循环作用的抗压强度试验研究

通过不同含水率混凝土的常温至-190℃间冻融循环作用试验,探讨混凝土含水率对其超低温冻融循环作用下的受力性能影响。结果表明,不同含水率混凝土的受力性能存在明显差异。经历超低温冻融循环作用的混凝土抗压强度随其含水率的增大,上下限温度时均逐渐提高。但随冻融循环作用次数的增加,上限温度时总是呈减小态势,而下限温度时则与之完全不同、且与混凝土含水率密切相关。其超低温相对抗压强度增量随混凝土含水率的变化趋势,与未经历冻融循环作用时相同但相比均较大。依据试验与已有的研究结果,给出的经历超低温冻融循环作用的混凝土相对抗压强度增量拟合公式可用于液化天然气储罐类的超低温混凝土结构设计。     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土弹性模量软化性能试验研究

通过混凝土经历10℃~-40℃、10℃~-80℃和10℃~-160℃等3种典型的超低温温度区间冻融循环作用试验,探讨不同的温度区间和冻融循环作用次数对混凝土弹性模量的影响。结果表明,随冻融循环作用次数的增加,上限温度时因冻融损伤累积使混凝土的弹性模量呈逐渐软化趋势,其中下限温度较低温度区间的变化趋势最为明显;下限温度时因混凝土内孔隙水结冰使混凝土弹性模量呈先增大后减小趋势,且较上限温度时的变化幅度更大。不同温度区间的混凝土相对弹性模量差以及上下限温度时单次冻融软化指标和累积冻融软化指标均存在明显的差异且变化规律较为复杂。该文还由试验结果拟合出混凝土相对弹性模量与超低温冻融循环作用的温度区间和次数间的关系式。所获得的这些结果可为LNG储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

冻融循环后粉煤灰陶粒混凝土定侧压下的强度和变形性能试验研究

利用混凝土静、动三轴试验系统,完成了粉煤灰陶粒混凝土立方体试件在4组不同冻融循环次数、4种恒定侧压下的双轴压压强度和变形性能试验。考察了不同侧压应力水平下试件的破坏形态和试件表面裂缝分布及走向特征。测量了4种侧压应力水平下的极限抗压强度及两个加载方向的应变值,并根据试验结果系统分析了定侧压下粉煤灰陶粒混凝土双轴压压极限强度和变形性能(包括峰值应变、应力-应变关系曲线、弹性模量)随冻融循环次数和侧压应力水平的变化规律,建立了考虑冻融循环次数和侧压应力水平的主应力空间的双轴压压强度准则,为寒冷海洋环境条件下粉煤灰陶粒混凝土结构在经受双轴压压荷载作用时的强度分析提供试验和理论依据。     

不同超低温作用工况混凝土受拉受压强度间关系试验研究

通过常温降至给定超低温(-40℃、-80℃、-120℃、-160℃和-190℃)以及经历超低温再直接和以1℃/min匀速地回至常温共3种工况混凝土的轴心受压和劈裂抗拉试验,探讨不同超低温作用工况下混凝土受拉受压强度间关系及其离散性变化情况。结果表明,随作用的超低温降低,混凝土超低温时相对受拉受压强度及其差值比分别呈先增后减、波动地增大和先增后减的变化趋势;经历超低温再直接回至常温工况混凝土相对受拉受压强度及其差值比分别呈波动状但较为平稳、先增大后平稳和先减后增的变化趋势;而经历超低温再以1℃/min匀速地回至常温工况混凝土相对受拉受压强度则均呈波动状且稍有增大的变化趋势。混凝土超低温时受拉受压强度离散性随作用的超低温降低分别呈先迅速后缓慢减小和缓慢增大的变化趋势;而经历超低温再直接和以1℃/min匀速地回至常温工况混凝土的受拉强度离散性却总是大于受压强度,但两者均呈波动性减小的变化趋势。     

海水中冻融循环后的混凝土在非比例加载下的双轴受压性能研究

采用快速冻融方法,对处于模仿海水的3.5%Nacl溶液中的混凝土进行0、25、50、75次冻融循环,利用大型混凝土静、动三轴试验系统,进行了4种定侧应力等级的非比例加载下的双轴压试验,系统地探讨了有侧应力作用时,混凝土受腐蚀冻融循环后的双轴受压强度和变形特性等力学性能。在此基础上,建立了以八面体应力空间表示的腐蚀冻融循环后的混凝土在非比例加载下的双轴受压破坏准则。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

超低温环境下混凝土本构关系试验研究

针对超低温下混凝土本构关系进行试验研究,通过对试验数据整理分析,得出在20℃、0℃、?40℃、?80℃、?120℃、?160℃六个温度点下的应力-应变全曲线。该试验以抗压强度、弹性模量、峰值应变为主要测试指标。试验结果表明,试验温度越低,试件的破坏越迅速,测得的应力-应变全曲线下降段越短且越陡峭。随着温度降低,混凝土的峰值应变减小,脆性增大,强度与弹性模量均有所提高,且各自的提高程度与温度有关,全曲线的上升段与下降段可以用三次多项式与有理式分别拟合。     

高温后混凝土在非比例加载下的双轴受压性能研究

混凝土在双向非比例加载下的受压试验研究不多。该文利用大型混凝土静、动三轴试验系统,对常温20℃及200℃―600℃高温后的混凝土,进行了非比例加载的双轴压试验,侧应力等级分别为0、0.2fc、0.4fc、0.6fc四种。测得了混凝土的强度及应变,并根据试验结果,系统地探讨了有侧应力作用时,混凝土在不同温度后的双轴受压强度和变形等力学性能,在此基础上,建立了以八面体应力空间表示的混凝土在非比例加载下的双轴受压破坏准则。这些结论,为受高温后的混凝土复杂结构的设计、分析提供了理论依据。     

纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明:轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。     

基于Φ75mm SHPB系统的高温混凝土动态力学性能研究

运用Φ75 mm大直径SHPB及高温加热试验系统,对工程中常用的C30、C50、C60和C70四种强度等级的混凝土在不同温度条件下(常温、150℃、300℃、450℃、600℃)进行冲击压缩试验。试验结果表明:四种强度等级的混凝土均表现出明显的温度效应,随着温度的升高,混凝土动态破坏强度不断降低,动态破坏应变不断增大;当温度达到600℃时,动态破坏强度已和混凝土强度等级关系不大;同时,在高温下四种强度混凝土均出现塑性流动现象且随着温度的升高越来越明显,韧性越来越强。     

极地低温下冻融作用对混凝土断裂性能的影响

为研究混凝土在极地及严寒地区经历冻融循环作用后的耐久性能变化情况,该文通过慢冻法开展了84个三点弯曲梁的冻融循环及加载试验。试验以冻融循环下限温度(低至-80℃)、冻融循环次数、混凝土强度、混凝土类型为研究变量,对比分析了冻融循环前后混凝土基本力学性能和关键断裂参数的变化规律。研究结果表明：随着循环下限温度的降低以及循环次数的增加,混凝土的基本力学性能以及起裂韧度和断裂能均呈下降趋势,但失稳韧度以及特征长度则呈相反趋势,表明混凝土在经历冻融循环后阻裂的能力下降,但混凝土变形性能有明显改善;随着混凝土强度的提高,抗冻耐久性能有一定程度的提升;海水海砂混凝土经受冻融循环后断裂性能不低于普通混凝土;提出冻融损伤累积量的概念,可利用其反映断裂参数的变化情况和不同冻融工况的定量化比较。     

高温后高强混凝土受压动态损伤

对45个高强混凝土（HSC）棱柱体进行高温加热,温度分别为20℃、200℃、400℃、600℃和800℃。然后对棱柱体进行高温后轴向动态受压试验,应变率分别为10-5 s-1、10-3 s-1和0.067 s-1。结果表明:随着经历温度的升高,HSC将会出现裂缝,细观结构变得松散;高温对HSC造成的损伤随温度的升高而增大,而应变率对高温后HSC的损伤没有明显影响;经历相同的高温损伤后,HSC的相对受压强度随应变率的增大而增大;轴向应变对高温后HSC造成的损伤在峰值应变前缓慢增大,达到峰值应变后迅速增大;温度越高,峰值应变对应的HSC损伤越小,而经历相同温度后不同应变率下峰值应变处HSC损伤的变化趋势并不明显。基于试验及理论分析,建立了HSC高温损伤以及高温损伤后相对受压强度的计算公式。     

钢管混凝土短柱力学性能研究-理论分析

根据国内外进行的不同围压下不同混凝土强度等级(C20~C130)三轴试验研究,建立了混凝土三轴强度准则、峰值应变准则和应力-应变全曲线,并且与混凝土单轴受压强度、峰值应变、应力-应变全曲线相协调。基于给定的混凝土和钢材三轴本构模型及相应假定的混凝土和钢材泊松比,应用连续介质力学对钢管混凝土短柱进行弹塑性分析,建立了钢管混凝土组合材料的组合弹性模量理论计算公式和应力-应变关系全曲线的理论表达式,其计算结果与试验结果吻合良好。研究成果可供钢管混凝土柱的非线性有限元全过程分析参考。