超低溫環境下預應力混凝土材料及結構性能試驗研究

《超低溫環境下預應力混凝土材料及結構性能試驗研究》是依託天津大學，由謝劍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超低溫環境下預應力混凝土材料及結構性能試驗研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：謝劍
• 依託單位：天津大學

項目摘要

存儲LNG（液化天然氣）、液氧、液氮等超低溫液體的儲罐和超低溫冷庫的設計自主化，以及預應力混凝土結構在嚴寒地區的安全使用，要求掌握預應力混凝土在超低溫環境下的材料性能和結構性能。本項目通過在超低溫環境下的系列試驗，研究超低溫環境下混凝土力學性能增強機理和凍融損傷機理，提出混凝土最佳配合比建議；研究造成預應力損失的主要因素及超低溫對其影響規律，建立預應力損失計算公式；研究預應力混凝土梁在超低溫環境下的結構性能及凍融循環對其結構性能的影響，提出預應力混凝土結構在超低溫環境下的設計計算方法和遭受超低溫凍融循環後的受損模型。研究成果將促進預應力混凝土結構在超低溫環境下的安全廣泛套用，為制定LNG儲罐及類似低溫結構的設計標準提供有力的技術支持。

結題摘要

近年來，隨著國家對能源需求的不斷增長，引進和生產LNG（Liquefied Natural Gas，即液化天然氣，是將在常壓下為氣態的天然氣冷卻至-165℃，使之凝結成液體）對最佳化我國的能源結構，有效解決能源供應安全、生態環境保護，實現經濟和社會的可持續發展發揮重要作用。 本次課題在成功研製超低溫試驗降溫保溫裝置、試驗測試儀表設備的基礎上，系統的研究了超低溫下混凝土力學性能變化機理、超低溫下鋼絞線力學性能、超低溫下鋼絞線與混凝土的粘結性能、超低溫下混凝土的熱應變與收縮徐變、超低溫下鋼絞線線膨脹係數與應力鬆弛、超低溫下混凝土構件預應力損失,並且進一步開展了超低溫下有粘結以及無粘結預應力混凝土梁的試驗研究以及有限元分析,該課題還探究了低溫及凍融循環作用下鋼筋混凝土軸心受拉構件裂縫開展情況並進行了有限元分析。 經過四年的研究，本課題為超低溫環境下預應力混凝土材料及結構性能的研究積累了大量的數據，並取得了一定的成果：低溫下隨著含水率的提高，混凝土的抗壓強度不斷增加；抗凍劑摻量為2%時，可使混凝土的抗壓強度得到提高；飽水狀態下混凝土低溫穩定階段熱應變率大於自然狀態下混凝土，混凝土低溫穩定階段熱應變率小於常溫階段；低溫下溫度對混凝土收縮的影響不明顯，但混凝土的徐變隨著溫度降低而顯著減小，且隨溫度降低徐變更快趨於穩定；鋼絞線瞬間線膨脹和平均線膨脹係數隨著初始應力的增大而增大，隨著溫度的降低而減小；鋼絞線應力鬆弛隨著溫度的降低而減小，且其鬆弛速率也隨著溫度的降低而減小；在材性試驗和構件試驗的基礎上，提出了低溫下預應力損失的計算方法；且研究了超低溫下鋼絞線的力學性能，建立了低溫下預測鋼絞線力學性能的數值模型；隨著溫度的降低，鋼絞線與混凝土間平均粘結強度增大；隨著溫度的降低，預應力混凝土梁的開裂荷載、屈服荷載以及極限荷載逐漸增大，且預應力混凝土梁的剛度有一定的提高；提出了一種能夠模擬有粘結以及無粘結預應力混凝土梁低溫下結構性能的有限元計算方法；低溫條件下鋼筋混凝土軸心受拉構件的平均裂縫間距較常溫條件的平均裂縫間距有所增加。