水泥混凝土路面板早齡期固化演變行為與影響機(jī)制研究

項(xiàng)目針對(duì)路面板早齡期固化演變行為與影響機(jī)制開(kāi)展了系統(tǒng)研究。具體工作包括：路面混凝土早齡期熱膨脹系數(shù)、干縮、徐變、損傷、斷裂等材料參數(shù)特性與本構(gòu)；編制完成了路面板三維早齡期行為有限元仿真程序；構(gòu)造了早齡期路面板理論參數(shù)系，研究了路面板早齡期固化演變行為與參數(shù)性狀特性；提出早齡期-服役期聯(lián)動(dòng)分析方法，編制早齡期-服役期聯(lián)合力學(xué)計(jì)算程序；深入揭示了早齡期多參數(shù)耦合和共同作用對(duì)路面板服役期性能的影響機(jī)制，并進(jìn)行了理論的工程應(yīng)用。基于以上完成了項(xiàng)目研究計(jì)劃內(nèi)容，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。 取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果有：（1）集成開(kāi)發(fā)了全面板三維早齡期翹曲有限元數(shù)值仿真程序（FZUJPESⅡ），該程序可考慮溫濕度變形、徐變松弛以及面板-基層的摩擦接觸界面、接縫約束等，可描述面板早齡期翹曲形成演化典型特征。編制了早齡期、服役期聯(lián)合加載力學(xué)仿真程序FZUJPEMec，可實(shí)現(xiàn)早齡期多參數(shù)共同作用的早齡期-服役期聯(lián)動(dòng)分析。（2）提出全面板多點(diǎn)布置豎向設(shè)置振弦式應(yīng)變傳感器監(jiān)測(cè)豎向位移的高精度測(cè)量方法，首次獲得面板早齡期三維翹曲完整漸變演化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)早齡期翹曲馬鞍形中間態(tài)和不對(duì)稱(chēng)產(chǎn)生機(jī)制。（3）基于三維仿真程序（FZUJPESⅡ）研究了路面板早齡期固化性狀，揭示了路面板早齡期行為狀態(tài)階段，構(gòu)造了“28天固化翹曲”、 “固化基準(zhǔn)性狀”等基準(zhǔn)性狀參數(shù)，揭示了環(huán)境溫濕度加載歷史、混凝土材料與結(jié)構(gòu)組合對(duì)路面板早齡期性狀的影響機(jī)制。（4）基于早期-服役期聯(lián)合力學(xué)仿真分析程序，揭示了施工氣候環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式、混凝土材料等因素與車(chē)輛-環(huán)境共同作用對(duì)路面服役性能的影響機(jī)制，并成功進(jìn)行了工程應(yīng)用，提出了基于早齡期理論的材料、設(shè)計(jì)、施工優(yōu)化技術(shù)理論和方法，為剛性路面設(shè)計(jì)施工改善提供了支持。 項(xiàng)目累計(jì)培養(yǎng)碩士、博士研究生12名，發(fā)表論文6篇，研究成果成功應(yīng)用于水泥混凝土路面板加鋪改建、極重載路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、道面板狀態(tài)與斷板診斷等多個(gè)領(lǐng)域，理論價(jià)值顯著。 2100433B

近年研究發(fā)現(xiàn)早齡期行為對(duì)剛性路面服役性能有顯著影響，考慮早齡期作用可更深入地關(guān)注施工、環(huán)境和材料特性對(duì)路面力學(xué)行為和性能的影響，并能以早齡期參數(shù)為紐帶，實(shí)現(xiàn)環(huán)境-材料-施工-結(jié)構(gòu)影響一體化考慮和早期-服役期聯(lián)動(dòng)過(guò)程觀察，極具理論和應(yīng)用價(jià)值。但目前該領(lǐng)域早齡期三維性狀和參數(shù)耦合演化關(guān)系研究缺失，導(dǎo)致理論機(jī)制不能深入揭示并且應(yīng)用受限。鑒于此，項(xiàng)目擬重點(diǎn)針對(duì)路面板結(jié)構(gòu)三維早齡期固化演變行為以及影響機(jī)制涉及的關(guān)鍵分析技術(shù)、理論機(jī)制以及工程應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究。通過(guò)路面結(jié)構(gòu)早齡期行為三維數(shù)值模擬仿真實(shí)現(xiàn)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)足尺板試驗(yàn)，深入揭示三維路面結(jié)構(gòu)早齡期性狀的復(fù)雜固化、演變機(jī)制；然后基于三維性狀機(jī)制研究構(gòu)造參數(shù)系、明晰多參數(shù)耦合關(guān)系，引入動(dòng)力學(xué)和斷裂力學(xué)拓展早期－服役期聯(lián)動(dòng)分析方法，進(jìn)而深入開(kāi)展多參數(shù)耦合共同作用影響機(jī)制研究。最后將研究成果與我國(guó)工程實(shí)踐對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)路面技術(shù)的革新支持。

快速水化的核心混凝土在很早齡期就開(kāi)始與鋼管協(xié)同承受荷載，體現(xiàn)鋼管混凝土早齡期徐變區(qū)別其他結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。早齡期徐變使鋼管混凝土應(yīng)力分布和變形具有顯著的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性。為合理計(jì)算鋼管混凝土初始應(yīng)力和變形，對(duì)早齡期徐變進(jìn)行研究是必要的。 本項(xiàng)目對(duì)鋼管混凝土早齡期徐變開(kāi)展試驗(yàn)和理論研究。1）進(jìn)行了早齡期加載的核心混凝土強(qiáng)度和彈性模量發(fā)展的試驗(yàn)研究，并基于可壓縮堆積模型，考慮了早齡期混凝土水化特點(diǎn)和加載影響，引入水化動(dòng)力學(xué)和能量守恒條件，建立了核心混凝土強(qiáng)度和彈性模量發(fā)展的計(jì)算模型，通過(guò)與現(xiàn)有模型比較，模型能夠較好地反映早齡期加載混凝土的特點(diǎn)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，鋼管混凝土早齡期加載時(shí)，核心混凝土應(yīng)力級(jí)別接近50%，這將產(chǎn)生材料非線性。2）開(kāi)展早齡期混凝土徐變?cè)囼?yàn)，考慮由于損傷導(dǎo)致的混凝土徐變非線性，應(yīng)用聲發(fā)射測(cè)試方法，確定了非線性增量與聲發(fā)射撞擊數(shù)之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，基于粘彈塑性理論，建立早齡期混凝土的非線性徐變模型。3）開(kāi)展鋼管混凝土早齡期徐變?cè)囼?yàn)研究，在鋼管混凝土基本受力模型中引入早齡期徐變模型，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，證明了該方法的適用性。研究表明，早齡期加載的鋼管混凝土中，鋼管和混凝土之間存在著復(fù)雜的應(yīng)力重分布現(xiàn)象；過(guò)早加載齡期（<1天）將導(dǎo)致鋼管混凝土徐變大幅增加，其量值接近素混凝土徐變。4）應(yīng)用上述方法進(jìn)行了鋼管混凝土拱橋的早齡期徐變分析，并對(duì)兩座鋼管混凝土拱橋在施工期的變形進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并給出了隨著施工進(jìn)展拱肋變形增加的依時(shí)性規(guī)律。 通過(guò)本項(xiàng)目的研究，驗(yàn)證了鋼管混凝土早齡期徐變對(duì)結(jié)構(gòu)具有重要的影響，在結(jié)構(gòu)分析中，應(yīng)考慮早齡期加載的特點(diǎn)，不能簡(jiǎn)單采用現(xiàn)有的徐變模型進(jìn)行分析，這將導(dǎo)致不安全的后果。項(xiàng)目完成了預(yù)定的研究目標(biāo)和工作內(nèi)容，已發(fā)表學(xué)術(shù)論文3篇（其中SCI論文2篇，均為II區(qū)），投稿論文5篇（均為SCI檢索期刊）。 2100433B

快速水化的核心混凝土在很早齡期就開(kāi)始與鋼管協(xié)同承受荷載，體現(xiàn)鋼管混凝土早齡期徐變區(qū)別其他結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。早齡期徐變使鋼管混凝土應(yīng)力分布和變形具有顯著的動(dòng)態(tài)性和復(fù)雜性。為合理計(jì)算鋼管混凝土初始應(yīng)力和變形，對(duì)早齡期徐變進(jìn)行研究是必要的。.本項(xiàng)目對(duì)鋼管混凝土早齡期徐變開(kāi)展試驗(yàn)和理論研究。應(yīng)力狀態(tài)下早齡期核心混凝土強(qiáng)度和彈性模量發(fā)展對(duì)分析早齡期鋼管混凝土力學(xué)性能非常重要，故開(kāi)展試驗(yàn)并應(yīng)用可壓縮堆積模型建立計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用水化動(dòng)力學(xué)和粘彈性理論建立核心混凝土早齡期徐變模型。通過(guò)確定鋼管與核心混凝土彈性模量比時(shí)程曲線，解決彈性理論對(duì)早齡期混凝土不適用的難題，結(jié)合試驗(yàn)，建立鋼管混凝土早齡期徐變計(jì)算方法。進(jìn)行鋼管混凝土壓彎構(gòu)件早齡期徐變?cè)囼?yàn)，分析早齡期徐變對(duì)鋼管混凝土應(yīng)力分布和變形的影響。最后，探討徐變?cè)谠琮g期與標(biāo)準(zhǔn)齡期計(jì)算上的統(tǒng)一性。項(xiàng)目立題新穎，創(chuàng)新性強(qiáng)，理論研究難度大。申請(qǐng)人前期工作基礎(chǔ)扎實(shí)。

研究?jī)?nèi)容：研究不同摻合料對(duì)早齡期混凝土力學(xué)性能影響基礎(chǔ)上進(jìn)行微觀性能研究，用材料的微觀特性揭示宏觀力學(xué)特性；進(jìn)行早齡混凝土電特性試驗(yàn)研究并與力學(xué)性能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，建立廣義的早齡期混凝土強(qiáng)度理論體系。研究意義：研究成果將把早齡期混凝土理論研究提到一個(gè)新的高度并為混凝土工程的早期質(zhì)量監(jiān)測(cè)提出有效的方法并帶來(lái)社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。 2100433B