多场耦合作用下结构混凝土时变性能与服役性能关系研究

本研究立足于温度、湿度、氯盐侵蚀、碳化与荷载等复杂环境条件下结构混凝土的服役性能退化问题，研究多场耦合分析方法与实验技术，对多场耦合作用下结构混凝土的时变性能进行系统研究；考虑多场耦合对混凝土微细观结构的影响，采用水化动力学与化学反应动力学，模拟混凝土微细观结构的演化过程；基于微细观材料性能，建立结构混凝土宏观时变特性与微细观结构之间的联系；运用数值仿真方法，结合试验研究，分析多场耦合作用下结构混凝土的服役性能，并基于统计理论预测评估结构混凝土的失效概率。本项目采用理论分析、数值仿真和试验验证相结合的方式揭示多场耦合件下混凝土服役性能退化的时变规律，评估各种复杂环境条件对混凝土时变性能的影响，根据工程情况预警结构混凝土的失效风险，极大的促进结构混凝土耐久性的研究，同时也具有非常重要的理论意义与广泛的工程应用价值。

本研究基于温度、湿度、氯盐侵蚀、碳化与荷载等复杂环境条件下结构混凝土的服役性能退化问题，研究了多场耦合分析方法与实验新技术，通过对多场耦合作用下结构混凝土的时变性能研究，提出了不同干湿循环制度下分析碳化和氯盐侵蚀对混凝土劣化的影响及关键参数确定方法，建立了碳化与荷载共同作用下氯离子在混凝土中的传输模型和混凝土碳化分析模型，为准确预测混凝土在荷载、碳化与氯盐三者共同作用下的劣化规律提供依据。.考虑多场耦合对混凝土微细观结构的影响，模拟混凝土微细观结构的演化过程，研究了混凝土热-湿-力耦合作用规律，分析混凝土的温度、湿度和力学性能之间的定量关系，基于微孔结构演化规律建立了混凝土的热-湿-力耦合模型，并进行了试验验证。. 基于微细观材料性能及混凝土各向异性损伤和混凝土的损伤软化，考虑了腐蚀产物和钢筋的弹性力学性能，腐蚀产物对钢筋-混凝土界面区孔隙和混凝土开裂裂缝的填充效应，建立了钢筋-腐蚀产物-混凝土三相介质模型。. 为了建立结构混凝土宏观时变特性与微细观结构之间的联系，进行了混凝土梁、柱在复杂环境中力学性能退化规律研究，提出了荷载和环境共同作用下钢筋混凝土梁、柱力学性能的试验方法，建立了钢筋混凝土梁、柱在荷载和环境共同作用下力学性能退化规律及微观结构之间的联系。. 为了能够较为全面分析与准确评估多场耦合作用下结构混凝土的服役性能，基于数字图像相关（DIC）技术的散斑图像匹配追踪方法，进行了测试新技术研究，分析了锈蚀钢筋混凝土试件表面相对变形场的时空演化规律，提出了基于DIC技术的混凝土表面初始开裂准则，为量化表征钢筋混凝土结构的锈胀开裂全过程及进一步研究服役性能演化规律提供了依据。. 项目的研究运用数值仿真方法，结合试验研究，分析并基于统计理论预测评估结构混凝土的失效概率。本项目采用理论分析、数值仿真和试验验证相结合的方式揭示多场耦合件下混凝土服役性能退化的时变规律，提出了各种复杂环境条件对混凝土时变性能的影响，可依据工程情况预警结构混凝土的失效风险。本项目的研究成果促进了结构混凝土耐久性的研究，具有重要的理论意义与广泛的工程应用价值。