低温环境下土木工程材料与结构

第1章 绪论

1.1 低温环境下土木工程材料与结构的特点

1.2 低温环境下土木工程材料与结构的发展与研究

1.3 本书的主要内容

第2章 低温环境下钢筋及钢绞线力学性能研究

2.1 低温环境下钢筋的力学性能

2.2 低温环境下钢绞线的力学性能

第3章 低温环境下钢绞线线膨胀系数及应力松弛性能研究

3.1 低温环境下钢绞线线膨胀系数研究

3.2 低温对钢绞线应力松弛性能的影响

第4章 低温环境下混凝土材料力学性能研究

4.1 试件的设计与制作

4.2 测试与测量

4.3 试验结果分析

4.4 分析与讨论

4.5 结论

第5章 低温环境下钢筋-混凝土粘结-滑移力学性能研究

5.1 低温环境下钢筋与混凝土的粘结性能

5.2 低温冻融循环环境下钢筋与混凝土的粘结性能

第6章 低温环境下普通及预应力混凝土梁受弯性能研究

6.1 试件的设计与制作

6.2 试验装置及量测

6.3 试验结果分析

6.4 低温环境下粘结预应力混凝土梁结构性能的理论分析

6.5 低温环境下粘结预应力混凝土梁结构性能的有限元分析

6.6 低温环境下和冻融循环后粘结预应力混凝土梁结构性能的参数研究

6.7 结论

第7章 低温环境下混凝土柱轴压性能研究

7.1 试件的设计与制作

7.2 降温、测试与加载装置

7.3 试验过程

7.4 试验现象

7.5 试验结果分析

7.6 结论

第8章 研究展望

第1章绪论1.1低温环境下土木工程材料与结构的特点由于资源有限，为争取更大的发展空间，对极地、深海、太空的资源进行探索利用是大势所趋。环境温度极低是极地与太空环境的共同特点之一，是进行极地与太空资源开发必须考虑的重要工程环境因素。我国东北、西北等地区的冬季气温低且持续时间长，最低气温为-53.4℃；极地地区更是常年处于严寒状态，最低气温可达-68.2℃。这些地区的土木工程设施长期处于低温环境中，因此研究低温环境下土木工程材料和结构的力学性能对推动严寒和极地地区的工程设施建设具有重大意义。本书将从材料和构件两个方面进行阐述：首先，材料方面，以钢筋和混凝土作为主要研究材料，具体研究了低温环境下钢筋强度、弹性模量及变形能力的升温变化规律，由多根钢丝绕捻而成的钢绞线在低温环境下的线膨胀系数及应力松弛性能的变化，低温环境下温度、水灰比及含水率对混凝土抗压强度及破坏机理的影响以及两者在低温环境下和低温冻融循环下的粘结-滑移性能计算公式；其次，构件方面，研究了普通混凝土梁和预应力混凝土梁的受弯性能、混凝土柱的轴压性能。常见的土木工程材料与结构如图1.1所示。

随着对LNG低温储罐关注度的提高及土木工程建设在严寒地区的大力发展，混凝土和钢筋材料已广泛应用于低温环境。与以往的钢筋和混凝土结构研究相比，在低温环境下研究土木工程材料和结构具有以下创新。（1）揭示了混凝土及钢筋材料在低温环境下的各项参数对其强度等力学指标的影响规律，可为结构层次设计提供重要力学性能参数。(2）揭示了钢筋和混凝土梁、柱结构在低温环境下的破坏模式，并提出了其承载力的计算方法，可为低温环境下的结构设计提供依据。(3）设计方案、试验装置及量测方案均为后续的研究提供了新的方法与方向。这些创新对低温环境下土木工程材料及结构的研究具有重要意义。土木工程材料与结构在低温环境下的典型应用有沉管隧道（港珠澳大桥）、LNG储罐（2、极地采油平台防冰墙1]-60等，如图1.2所示。

本书总结了作者近期在低温环境下土木工程材料与结构破坏机理及力学性能研究成果。本书从工程实际出发，采用试验及理论分析方法，对低温环境下土木工程材料及结构构件破坏机理、力学性能进行深入研究，阐述了低温环境对建筑材料及结构构件力学性能作用影响规律及关键影响参数。在试验及理论分析基础上，发展了低温环境下土木工程材料及结构构件理论分析模型及设计方法。本书为低温环境下土木工程结构力学性能分析及设计奠定了基础，为该领域相关分析软件、设计规范、规程的发展及修订提供重要资料。