混凝土低温受力性能试验研究

论文摘要

本文在总结分析国内外低温混凝土的研究现状基础上提出研究内容。通过超低温混凝土力学性能的试验，并进行必要的计算分析，给出了混凝土受压强度、受拉强度以及应力－应变曲线、弹性模量和峰值应变等随温度降低的变化规律和相应的计算公式，为超低温下混凝土结构的设计提供了依据。运用有限元软件ANSYS分析了混凝土含水量、降温速率以及恒温时间对试件温度分布的影响，并基于自主研发了超低温下混凝土受力性能的试验装置，包括制冷装置和加载装置，合理地确定试验方案。试验主要考察混凝土基本受力性能随温度降低的变化规律。降温速率均为1℃/min，恒温48h，目标温度范围为20℃≥T≥196℃，平均取12个温度作用工况。强度试验结果表明，混凝土受压强度随温度的降低呈非线性增长，可大致分为3个阶段。20℃≥T100℃为快速增长阶段。受压强度随温度的降低大致线性增长，并在T100℃时达到极大值；100℃≥T≥180℃为轻微衰退阶段。受压强度随温度降低呈轻微衰退态势；T180℃为强度复增阶段。受压强度随温度降低将有所恢复。混凝土抗拉强度随温度的降低呈非线性增长，可大致分为两个阶段。20℃≥T100℃为快速增长阶段。抗拉强度随温度的降低大致线性增长，并在T100℃时达到极大值；100℃≥T≥196℃为下降阶段。抗拉强度随温度的降低大致线性降低。变形试验结果表明，混凝土应力－应变关系曲线随温度降低变得更加陡峭。其中温度T=－140℃时最为显著。这表明混凝土低温下的塑性变形能力变差。低温下混凝土峰值应力、峰值应变和弹性模量都随温度的降低呈非线性增长的趋势，峰值应变在T70℃附近出现极大值，弹性模量在T140℃附近出现极大值。试验结果与国外已有试验结论对比表明，T100℃前混凝土低温下力学性能总体发展趋势相符合，之后差异明显。本文还分析了混凝土超低温强度变化机理，给出了受压强度增量计算模型，按其计算结果与本文试验结果总体趋势相符合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.1.1 LNG 的特点和发展状况
• 1.1.2 国内 LNG 储罐发展现状
• 1.1.3 低温储罐事故及其后果
• 1.1.4 LNＧ设计标准
• 1.2 混凝土超低温性能研究现状
• 1.2.1 混凝土低温下的物理和化学变化
• 1.2.2 混凝土低温力学性能
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 试验方案
• 2.1 总体试验方案
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 已有试验装置情况
• 2.2.2 本文的混凝土低温试验装置
• 2.3 试验内容
• 2.3.1 受压强度试验
• 2.3.2 劈拉强度试验
• 2.3.3 应力－应变曲线及其轴心受压强度和弹性模量试验
• 2.4 试件制作
• 第3章 低温混凝土温度分布及其分析
• 3.1 混凝土试件截面不均匀温度场
• 3.2 影响混凝土温度分布因素—低温下混凝土热工性能
• 3.2.1 热传导系数（λ）
• 3.2.2 热扩散系数
• 3.2.3 比热容
• 3.2.4 质量密度（ρ）
• 3.3 不均匀温度场分析方法
• 3.4 Ansys 分析混凝土试件不均匀温度场
• 3.4.1 基本假定
• 3.4.2 混凝土热工参数选取
• 3.4.3 Ansys 计算结果及分析
• 第4章 混凝土低温强度试验及其结果分析
• 4.1 立方体受压强度试验
• 4.1.1 试验概况和试验宏观特征
• 4.1.2 试件含水量
• 4.1.3 100×100×100mm 立方体受压强度
• 4.1.4 150×150×150mm 立方体受压强度
• 4.2 立方体劈拉强度试验
• 4.2.1 试验概况和试验宏观特征
• 4.2.2 立方体劈拉强度
• 4.3 棱柱体受压强度试验
• 4.3.1 试验概况及试验宏观特征
• 4.3.2 100×100×300mm 棱柱体轴心受压强度
• 4.4 受压强度与受拉强度的关系
• 第5章 混凝土低温下变形试验及其结果分析
• 5.1 试验方法及试验过程简介
• 5.1.1 试验方法
• 5.1.2 试验过程
• 5.2 应力－应变曲线
• 5.3 应力应变曲线特征点和性态分析
• 5.3.1 峰值应力
• 5.3.2 峰值应变
• 5.3.3 变形模量
• 5.3.4 低温下混凝土弹性模量与受压强度的关系
• 5.4 混凝土超低温应力应变计算模型
• 5.4.1 曲线拟合
• 5.4.2 应力－应变拟合曲线与试验曲线对比
• 第6章 与已有试验结果对比分析
• 6.1 低温受压强度
• 6.1.1 试验结果对比
• 6.1.2 给出的公式对比
• 6.2 低温受拉强度
• 6.3 低温应力－应变关系
• 6.3.1 弹性模量 E
• 6.3.2 应力－应变关系
• 第7章 混凝土低温下强度增量模型及分析
• 7.1 混凝土中孔隙分布
• 7.2 孔径与冰点的关系
• 7.3 冰低温下的力学性能
• 7.4 Wiedemann 孔隙模型
• 7.5 低温下混凝土受压强度计算模型
• 7.5.1 基本假定
• 7.5.2 计算结果
• 第8章 结论及展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果