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近年来,随着建筑结构性能(如强度和耐久性)要求的提高,自密实混凝土(SCC)正逐渐蓬勃兴起用于桥梁、隧道、高层建筑、海洋石油平台和核工业设施等方面,因此对于自密实混凝土结构性能的预测显得十分重要,对火灾或其它高温危险环境下自密实混凝土结构安全性的评估尤其值得重视,但有关高温下自密实混凝土力学性能的研究还不多见。本文主要进行了以下几方面的工作:
(1)分别对高强自密实混凝土和普通强度自密实混凝土进行了非持荷试验的高温抗压强度、应力—应变全曲线的试验研究,分析了峰值应变、弹性模量、即时应力产生应变随温度的发展变化规律;同时进行了普通强度掺加聚丙烯纤维的自密实混凝土高温下的力学性能试验,分析了聚丙烯纤维对自密实混凝土高温下力学性能的影响;建立了抗压强度、峰值应变、弹性模量、应力—应变全曲线方程的计算公式;同时分析了高强混凝土与普通混凝土高温力学性能的差别。
(2)分别对以上三种类型的自密实混凝土进行了高温下短期徐变的试验研究,分析了自密实混凝土在不同温度下的短期徐变的变化规律;研究表明,温度低于400℃时,高温短期徐变与高温其它变形相比数值较小,可以忽略不计;随着温度和应力水平的增大,自密实混凝土的高温徐变明显增大,其数值远远大于室温下的徐变;并且分析了短期高温徐变的影响因素,基于试验结果,给出了短期徐变的计算公式。
(3)分别对以上三种类型的自密实混凝土进行了三种升温速率,持荷试验下的温度应变的试验研究,得到了自密实混凝土的自由膨胀应变、荷载引起的温度应变LITS、瞬态应变;分析了升温速率对自由膨胀应变及瞬态应变的影响,比较了不同强度等级的自密实混凝土的差异,探讨了纤维的加入对自密实混凝土瞬态应变的影响;得到了自密实混凝土瞬态应变的影响因素,建立了相应的计算公式;基于DTA及TGA热分析及微观结构分析的试验结果,解释了高温下瞬态应变产生机理。
(4)以损伤力学理论为研究工具,考虑了高温下混凝土材料中同时存在的化学变化及微裂缝等力学损伤过程,基于Mazars损伤模型,建立了高温下自密实混凝土弹性损伤本构模型,不仅考虑了由于温度升高引起的材料刚度的劣化,而且考虑了力学损伤因素,引入了热损伤变量和力学损伤变量来描述自密实混凝土高温下的本构关系。