早齡期混凝土的實時檢測及抗裂機(jī)理研究項目摘要

（1）對持續(xù)增長的早齡期混凝土物理、力學(xué)特性進(jìn)行深入、系統(tǒng)地研究基礎(chǔ)上，從混凝土材料、結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境因素、施工控制等過程綜合考慮,研究混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫的成因機(jī)理、分析方法與控制措施，建立依靠材料性能、力學(xué)性能與微觀結(jié)構(gòu)特征有機(jī)結(jié)合起來并能統(tǒng)一各種受力狀態(tài)的早齡期混凝土裂縫機(jī)理、控制理論新體系。（2）從混凝土微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，研究普通混凝土、高性能混凝土材料成型過程的時變溫度場、時變濕度場發(fā)展變化;考

快速水化的核心混凝土在很早齡期就開始與鋼管協(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。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態(tài)性和復(fù)雜性。為合理計算鋼管混凝土初始應(yīng)力和變形，對早齡期徐變進(jìn)行研究是必要的。 本項目對鋼管混凝土早齡期徐變開展試驗和理論研究。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和加載影響，引入水化動力學(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)展的計算模型，通過與現(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。通過研究發(fā)現(xiàn)，鋼管混凝土早齡期加載時，核心混凝土應(yīng)力級別接近50%，這將產(chǎn)生材料非線性。2）開展早齡期混凝土徐變試驗，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）開展鋼管混凝土早齡期徐變試驗研究，在鋼管混凝土基本受力模型中引入早齡期徐變模型，計算結(jié)果與試驗數(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，并對兩座鋼管混凝土拱橋在施工期的變形進(jìn)行了監(jiān)測，并給出了隨著施工進(jìn)展拱肋變形增加的依時性規(guī)律。 通過本項目的研究，驗證了鋼管混凝土早齡期徐變對結(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，不能簡單采用現(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。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態(tài)性和復(fù)雜性。為合理計算鋼管混凝土初始應(yīng)力和變形，對早齡期徐變進(jìn)行研究是必要的。.本項目對鋼管混凝土早齡期徐變開展試驗和理論研究。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)展對分析早齡期鋼管混凝土力學(xué)性能非常重要，故開展試驗并應(yīng)用可壓縮堆積模型建立計算方法。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用水化動力學(xué)和粘彈性理論建立核心混凝土早齡期徐變模型。通過確定鋼管與核心混凝土彈性模量比時程曲線，解決彈性理論對早齡期混凝土不適用的難題，結(jié)合試驗，建立鋼管混凝土早齡期徐變計算方法。進(jìn)行鋼管混凝土壓彎構(gòu)件早齡期徐變試驗，分析早齡期徐變對鋼管混凝土應(yīng)力分布和變形的影響。最后，探討徐變在早齡期與標(biāo)準(zhǔn)齡期計算上的統(tǒng)一性。項目立題新穎，創(chuàng)新性強(qiáng)，理論研究難度大。申請人前期工作基礎(chǔ)扎實。

限制收縮圓環(huán)試驗是評估早齡期混凝土抗裂性的主要方法，近年來在國際上已得到廣泛的應(yīng)用，但圓環(huán)試件存在約束剛度不足、對不同壁厚混凝土斷裂機(jī)理不明確等問題?；诖耍卷椖繑M將約束鋼環(huán)與外圍混凝土作為整體研究對象，提出以應(yīng)力強(qiáng)度因子為參量的裂縫擴(kuò)展準(zhǔn)則，通過能反映濕度分布的虛擬溫度場模擬混凝土的收縮，采用虛擬裂縫模型分析混凝土裂縫擴(kuò)展的全過程，研究早齡期混凝土限制收縮條件下的破壞模式并揭示其斷裂機(jī)理。同時針對圓環(huán)約束不足的問題，通過試驗與理論分析研究新型橢圓環(huán)試件在限制收縮試驗中的應(yīng)用，探討橢圓長短軸比、鋼環(huán)厚度、混凝土壁厚、干燥方式、預(yù)制裂縫等因素對限制收縮試驗結(jié)果的影響。在以上研究的基礎(chǔ)上，改進(jìn)圓環(huán)試驗方法以適用于不同壁厚混凝土抗裂性評估，推薦應(yīng)用于限制收縮試驗的橢圓環(huán)最佳幾何尺寸，提出評定混凝土抗裂性能的試驗方法，為我國評定早齡期混凝土抗裂標(biāo)準(zhǔn)試驗方法提供參考。