《液化天然氣下混凝土基本受力性能》是依託清華大學，由時旭東擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液化天然氣下混凝土基本受力性能
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：時旭東
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨我國能源貯備戰略實施和清潔能源天然氣需求劇增，促使液化天然氣接收站和其大型貯氣罐等設施近年開始規劃和大量地興建。其混凝土結構將遭受液化天然氣溫度作用。國外對混凝土超低溫性能進行了一些研究，但因其複雜尚處於起步階段；國內研究則主要集中於環境低溫，其值多不低於－30℃，而液化天然氣溫度約為－162℃，其作用結果明顯不同。同時，混凝土組成材料性能具有明顯地方性，不能簡單地直接套用國外研究數據。這類設施貯氣量都巨大，又天然氣極易燃易爆，一旦出事故其後果無疑極其嚴重。故開展混凝土超低溫受力性能研究必要且迫切。基於已有的研究結果和實際遭受液化天然氣混凝土結構情況，確定研究範圍和因素，以試驗為主輔以有限元計算方法，研究各種主要因素作用下混凝土超低溫的強度和變形變化規律，建立適用於液化天然氣溫度作用混凝土受壓本構關係。這對於液化天然氣接收站和其大型貯氣罐等混凝土結構設計及安全具有特別重要的技術經濟意義。
結題摘要
隨我國能源貯備戰略實施和清潔能源天然氣需求劇增，促使液化天然氣接收站和其大型貯氣罐等設施開始規劃和大量地興建。其混凝土結構將遭受液化天然氣溫度作用。國外對混凝土超低溫性能進行了一些研究，但因其複雜尚處於起步階段；國內研究則主要集中於自然環境低溫。故對其研究必要且迫切。基於已有的研究結果和實際遭受液化天然氣作用混凝土結構情況確定研究範圍和因素，以試驗為主輔以有限元計算方法對其進行探討。共進行了637個混凝土試件的試驗，考察的因素包括作用的溫度（20℃、-20℃、-40℃、-60℃、-80℃、-100℃、-120℃、-140℃、-160℃、-180℃和-196℃等）、混凝土強度等級（C40、C50和C60）、含水率（7種含水率工況，區間在1%~6%）和應力水平（0.2、0.4和0.6）等。結果表明，所有試件由常溫降至預定的低溫時，其外觀均未發現與常溫相比有明顯可見的變化。試件載入過程中均有裂縫開展的響聲，並隨作用的溫度降低破壞聲越來越響和清脆。不同低溫作用下的破壞形態相近，也與常溫類似。但破壞面粗骨料基本均被劈裂。混凝土立方體受壓強度和受拉強度隨溫度降低基本呈逐漸增大趨勢。含水率的增加將使其強度增幅提高，但高強度等級相對增幅要小於低強度等級；混凝土低溫軸心受壓強度變化規律則有所不同，它經歷強度稍有衰減、強度快速增長和強度緩慢增長3個階段，且變化的溫度區間和幅度與混凝土的強度等級和含水率密切相關，含水率的增加和強度等級提高都使混凝土強度相對增幅加大，可見強度等級的影響與立方體受壓不同，而先期應力水平的影響可忽略；混凝土低溫彈性模量隨溫度降低幾乎呈線性增大趨勢，因含水率的增加提高了混凝土的低溫硬化指標，使其增幅明顯，但強度等級的提高使其相對增幅反而降低；混凝土低溫膨脹變形隨溫度降低開始快速降低之後呈緩慢下降趨勢，含水率的增大和強度等級提高將使混凝土低溫膨脹變形降低；混凝土的低溫應力-應變曲線峰值應力變化規律基本同軸心受壓強度，峰值應變隨溫度降低開始增加迅速、隨後變緩，隨溫度的降低上升段硬化明顯、下降段更加陡峭，這些變化特性還取決於其強度等級和含水率。基於試驗和有限元計算分析，還給出了各種主要因素作用下混凝土超低溫變化規律計算模型，並建立適用於液化天然氣溫度作用混凝土受壓本構關係。這對於液化天然氣接收站和其大型貯氣罐等低溫環境混凝土結構設計及安全具有特別重要的技術經濟意義。
