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高性能混凝土(High Performance Concrete简称HPC)因其工作性能好、体积稳定性高、耐久性能优异等优点而被推广使用于各类建筑工程中。由于高性能混凝土在高温下易发生爆裂,从而导致承重构件截面的削弱,进而影响建筑的承载能力及正常使用功能。导致HPC高温下爆裂的因素主要有蒸汽压、热应力、荷载及三者相互作用,因此研究高温下HPC在蒸汽压-热应力-荷载耦合作用下内部应力、应变、变形、能量变化过程,并揭示HPC高温爆裂机理与聚丙烯纤维抑制爆裂的机理非常必要。本文依托国家自然科学基金(51478290),配制强度等级为C80的高性能混凝土。对不掺聚丙烯纤维高性能混凝土(简称NHPC)板和掺聚丙烯(Polypropylene,以下简称PP)纤维高性能混凝土(简称PPHPC)板进行高温条件下的蒸汽压-热应力-荷载耦合试验。利用试验参数对高性能混凝土进行高温下宏观热应力-荷载耦合过程模拟及细观蒸汽压-热应力耦合模拟,通过有限元模拟结果与试验结果的对照分析,揭示高性能混凝土高温下应力、应变、变形、能量等的变化过程及高性能混凝土高温下的爆裂机理。主要研究内容如下:1.高性能混凝土高温下蒸汽压-热应力-荷载耦合试验对制作的NHPC板和PPHPC板进行明火条件下蒸汽压-热应力-荷载耦合试验研究。试验结果表明:NHPC板受明火过程中发生了持续27min的爆裂,试验结束时,爆裂面积达受火面的80%以上,板侧面产生较多的宏观裂缝;而PPHPC板未发生爆裂,仅在受火面产生较多的微裂纹和板侧产生较少的宏观裂缝。温度测试结果表明,火头温度对NHPC与PPHPC在25mm处的温度影响较大,对50mm处影响较小。热应变试验结果表明,NHPC板和PPHPC板在同一加载时长时50mm处两者的应变相差较小;距受火面25mm处在受火时间超过30min后,NHPC的应变持续增加,而PPHPC的应变逐渐降低,再小幅度上升,最后大幅下降。2.高性能混凝土高温下热应力-荷载耦合模拟对高温下NHPC板和PPHPC板进行荷载-热应力耦合模拟,考察距受火面不同深度处NHPC板与PPHPC板在模拟条件下温度、等效应力、等效应变、热应变、重力方向位移及应变能的变化。模拟结果表明:NHPC板或PPHPC板温度云图、内力云图、变形云图以及能量云图变化趋势与试验结果相符。NHPC板或PPHPC板的温度、等效应力、等效应变、热应变、重力方向变形及应变能随时间的变化规律在距受火面25mm以内时受受火面温度变化影响较大,距受火面超过50mm时受受火面温度变化影响较小,但受内力场的变化影响较大。NHPC板或PPHPC板在距受火面50mm及75mm处的变形和内力变化受温度影响的影响较大。3.高温下高性能混凝土蒸汽压-热应力-荷载耦合细观模拟对常温下NHPC与PPHPC细观试验试件进行CT扫描并对图形进行二值化、矢量化、平滑化处理后导入ANSYS workbench有限元分析软件中,分析NHPC与PPHPC试件横截面在高温下受蒸汽压及荷载作用下的应力、应变、位移、能量变化。横截面作为与受火面平行的面,在距受火面同一位置处(即同温层)时,施加试验条件下温度曲线与修正的蒸汽压试验值进行热应力-蒸汽压耦合作用下的模拟。模拟结果表明:蒸汽压-热应力耦合作用下的等效应力结果与试验结果一致,热应变模拟结果大于NHPC和PPHPC的极限应变。蒸汽压的存在并未使高强高性能混凝土内部应变增大,反而因为孔洞及孔道的存在使得高强高性能混凝土内部应变得到缓和,超过混凝土极限应变的热应变是高强高性能混凝土爆裂的主要原因之一。NHPC在25mm同温层处的应变能远大于高强高性能混凝土的断裂能,而NHPC在50mm处及PPHPC在25mm和50mm同温层处的应变能均小于其断裂能,与热应变试验中不同材料不同位置的试验结果一致。