結(jié)構(gòu)混凝土早期考慮微結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響的本構(gòu)模型研究中文摘要

結(jié)構(gòu)混凝土的早期本構(gòu)模型是其早期性能研究的重要課題。基于對水化過程中材料基本性能的認(rèn)識，人們采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)在宏觀層次上構(gòu)建了結(jié)構(gòu)混凝土的早期本構(gòu)模型；與此同時(shí)，連續(xù)介質(zhì)微觀力學(xué)的發(fā)展為分析材料微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)對宏觀本構(gòu)關(guān)系的影響提供了新的途徑。.本項(xiàng)目申請針對結(jié)構(gòu)混凝土早期水化溫升、自收縮和力的作用過程，擬基于連續(xù)介質(zhì)微觀力學(xué)和對材料水化過程中微觀結(jié)構(gòu)演化的分析，發(fā)展自收縮變形的多尺度模型；進(jìn)而將經(jīng)多尺度分析所得出的自收縮變形引入結(jié)構(gòu)混凝土的早期本構(gòu)關(guān)系，建立和實(shí)現(xiàn)能考慮結(jié)構(gòu)混凝土微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響的本構(gòu)模型。.項(xiàng)目研究旨在更為精細(xì)地描述結(jié)構(gòu)混凝土早期性能的形成規(guī)律，為探明結(jié)構(gòu)混凝土早期行為的演化特征和分析混凝土結(jié)構(gòu)的工程性能提供依據(jù)和基礎(chǔ)。

針對地下工程中現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫控制的工程難題，項(xiàng)目研究以結(jié)構(gòu)混凝土的早期本構(gòu)模型為研究方向。主要研究內(nèi)容包括：1）發(fā)展“連續(xù)基”水化模型，探討混凝土組分在水化和微結(jié)構(gòu)形成過程中的作用機(jī)理；2）基于“水化度”機(jī)制描述結(jié)構(gòu)混凝土的早期特性，基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和熱力學(xué)基本定律構(gòu)建結(jié)構(gòu)混凝土的早期本構(gòu)模型，并基于多尺度方法探討混凝土微結(jié)構(gòu)及其宏觀性能的關(guān)聯(lián)；3）結(jié)合在建港珠澳大橋沉管隧道工程，對沉管隧道結(jié)構(gòu)早期性能發(fā)展的控制參數(shù)進(jìn)行敏感性分析，研究控制沉管隧道施工裂縫的工程措施。 項(xiàng)目研究的重要結(jié)果包括： （1）明確了惰性填料的水化作用機(jī)制，創(chuàng)建了添加惰性材料后混凝土水化進(jìn)程中微結(jié)構(gòu)的演化模型。明確了石灰石填料降低混凝土水化放熱的作用機(jī)理及其對混凝土耐久性能的影響，為重大工程混凝土配比的選取提供了理論依據(jù)。 （2）創(chuàng)建了結(jié)構(gòu)混凝土基于水化度的早期本構(gòu)模型，建立了跨越材料微結(jié)構(gòu)和剛度及熱變形性能的分析模型；為分析現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的早期性能提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 （3）創(chuàng)建了“工廠法”沉管隧道早期性能的分析模型，分析了沉管隧道早期性能的演化特征和控制其早期裂縫的技術(shù)措施。探明了混凝土配比、澆筑溫度和環(huán)境溫度是沉管結(jié)構(gòu)早期裂縫的控制性參數(shù)；建議了綜合混凝土早期性能和耐久性能的配比選取原則，并提出了同時(shí)控制入模溫度和養(yǎng)護(hù)溫度的“雙控”策略和相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)對措施，為保障“工廠法”沉管隧道的施工質(zhì)量提供了技術(shù)支撐。 項(xiàng)目研究成果包括出版專著1部，發(fā)表或錄用SCI收錄論文3篇，投稿SCI檢索期刊論文4篇，在國內(nèi)期刊上發(fā)表或錄用論文5篇，在國際會議上發(fā)表論文6篇，申請受理發(fā)明專利3項(xiàng)、實(shí)用新型專利1項(xiàng)，部分研究成果被正在制定的工程建設(shè)國家標(biāo)準(zhǔn)《隧道工程沉管法施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》所采用。 項(xiàng)目研究為探索混凝土早期性能演化過程中的物理－化學(xué)機(jī)制提供了從微觀到宏觀尺度范圍認(rèn)識復(fù)雜問題本源的新思路和技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了從結(jié)構(gòu)材料到混凝土結(jié)構(gòu)早期性能的跨越，為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)早期性能的控制提供了理論依據(jù)，為保障地下工程的建設(shè)質(zhì)量提供了技術(shù)支撐。 2100433B

本項(xiàng)目以地質(zhì)孔隙材料為對象，深入研究、討論了三類熱力學(xué)公設(shè)在地質(zhì)類材料性能研究中的應(yīng)用，發(fā)展了細(xì)觀力學(xué)，采用耗散塑性理論，研究了在考慮微觀結(jié)構(gòu)特性和摩擦機(jī)制的彈塑性性質(zhì)、本構(gòu)關(guān)系和屈服特性。 首先，考慮到巖土材料通常含有大量性質(zhì)不同的夾雜，而傳統(tǒng)細(xì)觀力學(xué)還沒有有效方法預(yù)測這類材料的宏觀剪切模量，本項(xiàng)目提出了基于廣義自洽模型的迭代方案，并發(fā)展了相關(guān)的代碼，可以準(zhǔn)確快速地給出含有大量性質(zhì)不同夾雜的巖土材料的有效剪切模量，同時(shí)給出對應(yīng)的體積模量。 其次，目前還沒有有效考慮巖土材料孔隙連通特性的細(xì)觀力學(xué)方法。本項(xiàng)目針對開孔連通孔隙介質(zhì)建立了一個(gè)新的細(xì)觀力學(xué)模型及系統(tǒng)的細(xì)觀力學(xué)方法，推導(dǎo)得到的有效模量表達(dá)式與金屬泡沫類型的孔隙材料及地質(zhì)孔隙材料的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好程度的吻合。 第三，由于孔隙材料具有很大的比表面積，表界面效應(yīng)對孔隙材料的性質(zhì)影響很大，本項(xiàng)目在黃筑平教授所提出的界面能理論的基礎(chǔ)上，提出了一套系統(tǒng)研究考慮界面影響的復(fù)合材料有效力學(xué)和熱學(xué)性能的方法，并應(yīng)用于預(yù)測孔隙材料的有效力學(xué)和熱學(xué)性能。 第四，針對巖土材料屈服性質(zhì)受靜水壓影響的特性，將變分方法推廣應(yīng)用到基體塑性可壓的孔隙材料，建立了非線性本構(gòu)關(guān)系和屈服面的表達(dá)式，所得結(jié)果能夠反映基體塑性可壓的特性，并考慮了含水量及孔隙壓力的影響。 最后，研究了經(jīng)典塑性理論與耗散塑性理論之間的關(guān)系，利用熱力學(xué)方法，提出了一個(gè)通用的自由能函數(shù)表達(dá)式，可以應(yīng)用于模量隨應(yīng)力變化的地質(zhì)材料（金屬材料模量不變的情況是其特例）；進(jìn)一步，由耗散塑性理論出發(fā)，推導(dǎo)了考慮摩擦耗散機(jī)制的屈服函數(shù)。 該屈服函數(shù)保證了外凸性質(zhì)，且應(yīng)用范圍更廣。 2100433B

自20世紀(jì)50年代初質(zhì)量成本概念提出以來，關(guān)于最優(yōu)質(zhì)量成本及質(zhì)量成本優(yōu)化模型的研究吸引了眾多學(xué)者的興趣。傳統(tǒng)質(zhì)量成本理論模型盡管存在諸多的局限性，但它的核心思想一直是理論界對模型進(jìn)行優(yōu)化研究的基礎(chǔ)，同時(shí)也是企業(yè)在實(shí)務(wù)中加強(qiáng)質(zhì)量成本管理工作的理論向?qū)А?

對傳統(tǒng)質(zhì)量成本模型的優(yōu)化研究視角多種多樣，但對模型的優(yōu)化研究都是基于現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，結(jié)合現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境和企業(yè)管理的實(shí)際需要為企業(yè)質(zhì)量成本管理出謀劃策。在研究方法方面，往往是以數(shù)理分析和實(shí)證研究見長，同時(shí)結(jié)合理論分析和邏輯推理進(jìn)行研究。

考慮到經(jīng)濟(jì)生活的復(fù)雜性和多樣化，未來關(guān)于質(zhì)量成本模型的優(yōu)化研究還可以從更多的視角去展開，模型將越來越貼近經(jīng)濟(jì)生活，研究方法將趨于多樣化。對質(zhì)量成本模型的優(yōu)化研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)槠髽I(yè)加強(qiáng)質(zhì)量成本管理提供理論指導(dǎo)，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高。對國內(nèi)外質(zhì)量成本模型的優(yōu)化研究成果進(jìn)行回顧總結(jié)，對于展開進(jìn)一步的理論研究以更好地指導(dǎo)實(shí)踐具有重要意義。 2100433B