高韧性混凝土(UHTCC)是一种高性能纤维增强水泥基复合材料,具有拉伸应变硬化特性和优良的裂缝无害化分散能力,在建筑结构中具有较好的应用前景。建筑结构在生命周期中可能会遇到极端温度情况,比如火灾(极端高温)以及液化天然气(LNG)泄露(极端低温)等情况。温度变化会引起混凝土材料性能的改变。因而极端温度状况可能会对建筑结构安全性、适用性和耐久性造成较大影响,甚至造成难以估量的人员伤亡以及经济损失。为探究UHTCC新型高性能组合结构在极端温度情况下的结构安全,开展UHTCC材料及其组合结构的高温性能和低温性能研究十分必要。本文在“十二五”国家科技支撑计划项目(2012BAJ13B04)以及国家自然科学基金项目(51622811)资助下开展了相关研究。主要内容如下:1.研究了高温对UHTCC材料热工性能、力学性能以及微观结构的影响。研究发现,高温下保持50 min时UHTCC导热系数随温度升高略有增长,总体上保持在0.5 W/(m·K)左右;高温下保持60 min时UHTCC抗折强度随温度升高逐渐降低;温度不超过200℃时,UHTCC残余抗压强度较室温下略有增长,高于200℃时抗压强度逐渐降低;UHTCC材料能有效避免爆裂剥落的发生,但高温会造成材料内部PVA纤维熔化、钢纤维锈蚀以及基体的劣化。2.提出了高温下UHTCC比热容修正方法,从而较准确模拟了水分迁移对温度场分布的影响,获得了较精确的火灾下UHTCC结构温度场分布结果。3.提出了高温下UHTCC单轴压缩非线性本构模型。该模型可以合理地反映高温下UHTCC材料的压缩性能,可用于有限元模拟中分析UHTCC结构抗火性能。4.开展了型钢-UHTCC组合(SRU)柱抗火性能研究。采用有限元方法分析了 SRU柱和型钢-混凝土组合(SRC)柱的抗火性能,包括火灾下温度场分布、结构反应等。通过与试验结果对比,验证了有限元模型的正确性。结果表明,火灾下SRU柱仅发生轻微UHTCC剥落,相同受火条件下SRU柱截面内温度低于SRC柱,在火灾下UHTCC可以更好保护试件内部的钢材。相同柱荷载比(n)下,SRU柱的耐火极限高于SRC柱。结合规范设计方法,提出了可用于指导工程实践的SRU柱抗火设计方法。5.开展了型钢-UHTCC组合(SRU)梁抗火性能研究。采用有限元方法分析了火灾下梁截面温度场分布、结构反应等。通过与试验结果对比,验证了有限元分析模型的正确性。结合规范设计方法,给出了 SRU梁抗火设计方法,可为结构设计人员提供参考。6.开展了型钢-UHTCC组合(SRU)节点抗火性能研究。通过有限元分析研究了节点梁和柱截面温度场分布情况,主要分析了节点区截面和非节点区截面的温度差异。结果发现,节点区截面温度比非节点区温度偏低,且距离试件受火面越近,温度差异越明显。采用有限元方法分析了 UHTCC保护层厚度与构件耐火极限的关系。结果表明,增加UHTCC保护层厚度可以延缓构件内部在火灾下的升温,从而达到提高结构抗火性能的目的。7.研究了低温对UHTCC材料力学性能的影响,试验温度范围从-160℃至室温。研究表明,随着温度降低单掺PVA纤维UHTCC脆性增加;添加钢纤维能提高UHTCC在低温下的韧性;UHTCC材料单轴抗压强度及抗压弹性模量随温度的降低近似线性增长,-160℃时是室温下的2倍以上。提出了可用于结构分析的低温下UHTCC单轴压缩非线性本构模型,可用于有限元模拟中分析UHTCC结构低温性能。