早龄期混凝土结构性能时变规律研究

【摘要】：由于水泥水化过程在早龄期尚未完成,混凝土强度和粘结性能随混凝土龄期不断变化,混凝土结构性能也在不断变化,早龄期混凝土结构与正常使用阶段的混凝土结构有着本质的不同。系统研究早龄期混凝土结构的受力特征和结构性能的时变规律,对钢筋混凝土结构施工期的安全性分析与控制以及钢筋混凝土结构全寿命分析具有重要的理论意义和实际价值。 早龄期混凝土结构承载性能分析需要解决三个主要问题:混凝土强度随龄期的时变规律;早龄期钢筋与混凝土粘结—滑移本构关系的建立;早龄期钢筋混凝土结构构件承载力计算方法。论文围绕“材料性能—粘结性能—承载力性能”这一主线,采用现场调查、试验研究和数值模拟的方法,系统研究了早龄期钢筋混凝土受弯构件和偏压构件承载性能的时变规律。主要的研究工作如下: 对西安市、咸阳市及其周边县市近年来新建混凝土结构的抗力进行了调查测试,取得了混凝土强度和钢筋性能以及各类钢筋混凝土构件主要几何尺寸的实测数据,应用概率统计方法对进行了统计分析,给出了混凝土强度、钢筋性能和构件尺寸特征的统计参数。有针对性地调查分析了制备方式和浇筑工艺及施工水平对混凝土强度的影响、生产水平对钢筋性能的影响以及施工水平对构件几何参数的影响。 采用试验研究和现场调查相结合的方法,研究了粉煤灰混凝土早期强度的时变规律和影响因素,分析了养护时间对粉煤灰混凝土强度时变规律的影响,对比了28天标准养护、同条件养护和实际结构混凝土强度的异同,分析了实际结构中不同构件类型混凝土强度增长的差异。 通过试验研究了粉煤灰混凝土90天抗压强度与回弹值和碳化深度之间的关系,分析了粉煤灰混凝土300天内自然碳化的发展规律,建立了粉煤灰混凝土早龄期回弹法的测强曲线,为回弹法应用于早龄期粉煤灰混凝土的强度检测提供了科学依据。 对各种粘结性能试验方法进行了分析,确定了早龄期粉煤灰混凝土粘结性能的试验方案。采用拉拔试验和梁式试验方法,系统研究了粉煤灰混凝土粘结性能随龄期的时变规律和主要影响因素(混凝土强度、粉煤灰掺量、钢筋种类及直径、试验方法等),给出了早龄期粉煤灰混凝土极限粘结应力的计算公式,回归分析建立了早龄期粉煤灰混凝土的粘结滑移本构关系。对拉拔试验及梁式试验进行了数值模拟,有限元分析结果与试验结果吻合较好。 对早龄期受弯构件进行了承载力试验研究,分析了早龄期钢筋混凝土受弯构件的受力特征和破坏机理。建立了早龄期钢筋混凝土受弯和偏压构件的有限元分析模型,结合试验结果和有限元分析结果,运用极限平衡理论,建立了早龄期钢筋混凝土构件正截面承载力的计算方法,并分析了早龄期钢筋混凝土构件承载力的时变规律。