[01212694]基于梯度材料破坏理论的混凝土材料与结构性能提升技术及应用

功能梯度材料的宏观材料特性在空间位置上呈现出梯度变化特性,不存在明显的材料性能不连续界面,常被用作界面层连接材料或涂层材料以克服材料性能突变引起的脱粘、破坏失效现象。而混凝土为最普遍使用的建筑材料,其性能对混凝土结构设计和运行安全具有决定性的影响。从机理上揭示混凝土性能的影响因素,对于改善混凝土的宏观性能具有重要的理论价值。本项目从功能梯度材料的本质属性出发,研究其破坏机理,并将所得研究结论应用于混凝土材料与结构的设计与分析中,研究混凝土及其结构的性能提升方法。 基于柔度线性分层的任意梯度功能梯度材料断裂分析模型 提出了柔度线性分层模型,即将梯度材料层分成若干子层,在每一子层中,材料柔度参数为厚度的线性函数,并在子层间的界面处连续。研究了任意梯度分布梯度材料在热载荷、机械载荷以及热力耦合载荷作用下的裂纹问题,同时研究了粘弹性梯度材料的破坏问题,获得了材料梯度形式以及载荷形式对梯度材料应力强度因子的变化规律。 功能梯度材料的近场动力学多尺度模型 近场动力学方法为一种新型的数值分析方法,本项目在国际上首次采用近场动力学方法研究功能梯度材料的动态破坏问题,提出了功能梯度材料的近场动力学多尺度模型,给出了在动态或冲击载荷作用下的裂纹扩展模式,发现了材料的梯度形式、载荷形式等对功能梯度材料的动态破坏模式的影响规律。同时将所构建模型拓展到热传导问题,研究了含裂纹功能梯度薄板的热传导性能。 考虑混凝土内过渡区性能的混凝土细观力学模型,混凝土为多相复合材料,在各相间的界面为混凝土材料的薄弱部分,从细观层次深入理解混凝土内界面的性能及其破坏模式对于混凝土及其结构的性能研究具有重要的意义。本项目将纤维混凝土内各相间界面视为梯度型非均匀界面,发展相关的细观力学模型,发现了过渡区性能对获得其宏观等效性能的影响规律,提出了骨料预裹方法和掺加微细改性材料来改善界面过渡区性能,从而提高混凝土及其结构性能的方法。 边框钢纤维高强混凝土剪力墙抗震性能 研发了基于纤维混凝土性能提升方法的边框钢纤维高强混凝土剪力墙,通过抗震试验及微观测试分析,发现了混凝土内界面性能对试件承载力、耗能能力及延性的影响规律,提出了相关构件的设计方法。 研究了早期抗冻混凝土微结构形成机理,开发了用于微结构性能改进的调控剂,实现对早期抗冻混凝土的性能改善。 研究了机制砂灌浆料的微膨胀机理,提出了控制膨胀量的方法,并发明了实现微膨胀的高早强灌浆料。