超低温环境下钢筋混凝土材料性能试验研究

LNG等低温储罐的设计自主化，以及混凝土结构在严寒地区的安全使用，要求掌握钢筋混凝土材料在超低温环境下的力学和结构性能。本项目将通过一套完整的试验方案，对钢筋（包括钢绞线）、混凝土材料在超低温环境下的材料性能进行系统研究，分析低温对钢筋混凝土材料力学性能及结构性能的影响机理；建立混凝土、钢筋及钢绞线在低温环境下力学性能模型及相互间粘结性能模型；并通过钢筋混凝土构件和预应力混凝土构件在低温环境下的结构性能试验，验证及修正材料性能模型。本项目的研究将有助于我国建立一套比较完整的、独立的低温环境下钢筋混凝土结构设计标准体系，提升我国在大型低温储罐设计领域的国际地位，促进混凝土结构在超低温环境下更加安全可靠的应用。

近年来，由于液化天然气越来越受到青睐，超低温下钢筋混凝土的性能研究越来越受到国内学者的重视。国内学者的研究主要集中于对国外相关文献的归纳总结，国内相关试验的具体数据相当有限；而国外研究资料因年代久远，且具有保密性，实际的试验数据很难获得。. 本次课题在成功研制超低温试验降温保温装置、试验测试仪表设备的基础上，系统的研究了超低温下钢筋混凝土材料的力学性能，其内容主要包括超低温下混凝土、钢筋和钢绞线的材料性能，超低温下钢筋与混凝土、钢绞线与混凝土的黏结性能，超低温下箍筋约束短柱、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁等构件的受力性能。除此之外，该课题还探究了超低温冻融下混凝土的强度、钢筋与混凝土黏结性能退化情况。. 经过三年的研究，本课题为超低温钢筋混凝土材料性能的研究积累了大量的数据，并取得了一定的成果：混凝土的抗压强度随着温度的降低有显著的提高，尤其是在20℃~-120℃范围内基本成线性提高，但在-120℃之下的温度点则变化较小；混凝土的劈裂抗拉强度随温度的降低而提高，但其提高的程度要与抗压强度的提高不成比例；超低温环境下，混凝土峰值应变逐渐降低，近似呈线性关系，实测0.5fc处的割线模量线性增大；随着温度的降低，钢筋和钢绞线的屈服强度和极限抗拉强度都有不同程度的提高，钢筋的塑性降低，但钢筋弹性模量变化不大；钢筋、钢绞线与混凝土的极限黏结强度随温度的降低而增大，并于-120℃达到峰值；不同低温环境下，钢筋、钢绞线与混凝土极限黏结强度受到温度、相对保护层厚度、锚固长度等参数的影响；同一低温下，箍筋约束混凝土峰值应变随配箍特征值的增大呈线性增大，而弹性模量随配股特征值变化不大；低温条件下混凝土峰值应变减小，脆性增大，而通过增加体积配箍率可以适当提高混凝土的峰值应变和延性系数；随着温度的降低，钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁的开裂荷载、极限荷载均有所增大，但延性降低，梁正截面计算的平截面假定成立，可按考虑温度效应后的规范公式计算钢筋混凝土梁的承载力等值；较常规冻融循环，超低温冻融循环损伤作用更大，-80℃时大约增加1倍，且损伤程度有随温度的降低而加重的趋势，但在循环次数较少的情况下，对高强混凝土影响相对较小；超低温冻融循环对钢筋与混凝土黏结强度的削弱程度要大于对混凝土强度的影响。