随着人类科技的进步和能源领域的不断拓展,针对液化天然气(LNG)储存罐等用于超低温环境下的基础设施建设需求与日俱增。超低温环境下建筑材料的力学性能会较常温环境下发生显著变化,但受现有研究水平限制,针对变温条件下建筑材料性能的研究仍有待进一步深入探索。依托与中国寰球工程公司和武汉大学共同合作开展的“极端温度作用下钢筋混凝土构件试验研究”项目,以超低温下钢筋混凝土梁构件为研究对象,开展针对超低温环境下加载与测试系统、测试数据提取分析方法等领域的研究探索,从而为进一步开展超低温环境下建筑结构的力学性能研究提供重要的依据。具体研究内容如下:(1)超低温力学加载试验测试系统研发。设计研发了一套超低温力学性能测试系统,该套系统可以实现对超低温环境下受弯构件,轴压构件的力学性能测试试验,实现温度和力荷载同步独立施加,为超低温环境下构件及材料力学性能测试提供条件支撑。(2)建立原位补偿测试方法。结合本装置可精确控制和监测试件温度的优点,针对变温条件下的材料应变测试,提出原位补偿构想即应变计温度自补偿,从而有效区分温度产生的应变和力产生的应变,同时结合石英示差法还可实现对材料线膨胀系数的测试。(3)超低温下钢筋线膨胀系数测定。基于自主研发的试验系统以及原位补偿测试方法,开展超低温下钢筋线膨胀系数测定。分离提取变温条件下钢筋的热输出数据,研究钢筋线膨胀系数随温度的变化规律。(4)超低温下钢筋混凝土梁开裂前受弯性能试验分析。利用超低温力学加载试验测试系统和原位补偿测试方法,对钢筋混凝土梁试件进行0℃～-165℃范围内的四点弯试验研究。采用电阻应变仪技术测试钢筋混凝土梁跨中截面的应变值,对每个测点基于原位补偿分离出荷载作用引起的应变,从而分析钢筋混凝土梁在超低温环境下开裂前的受力性能。通过试验研究及分析,论文得到如下结论:(1)验证了所研发超低温力学加载试验测试系统的工作性能。试验箱内最低温度可降至-165℃并能自由地控制试件核心温度稳定在0℃～-165℃间的任意温度。加卸载时外力荷载通过传导对试件施加力,不受箱内降温的干扰,满足试验过程对加卸载的需求。(2)拟合建立钢筋在0℃～-165℃范围内线膨胀系数随温度的变化函数模型,试验表明随着温度的降低,钢筋的线膨胀系数随之近似线性下降;(3)验证了超低温环境下钢筋混凝土受弯梁构件的平截面假定,建立受弯梁开裂前抗弯刚度与常温时的比值随温度的变化关系。研究表明在-100℃之内,梁抗弯刚度随温度降低呈非线性增大;低于-100℃,梁的抗弯刚度趋于稳定。