钢筋增强ECC-混凝土复合梁受弯性能研究

发布时间：2020-05-02 16:27

【摘要】：尽管混凝土使用范围非常广泛,但是混凝土往往表现出抗拉强度低、脆性破坏明显、可靠性低和开裂裂缝难以控制等诸多不足,这些潜在的不利因素一直是制约混凝土实现耐久性和长寿命的关键因素。为了有效提升混凝土的耐久性,新型的工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,简称ECC)已经逐渐运用于大量工程实体结构。ECC具有伪应变硬化特征、细密裂缝开裂模式的特点,可以在结构受力开裂的情况下,仍能保持较好的整体协同受力。高强钢筋的使用在某种程度上实现了节约钢材的目的。为了能够提高普通钢筋混凝土梁耐久性,限制钢筋混凝土梁中裂缝的数量和宽度将是有效的方法。导致普通钢筋混凝土梁耐久性降低的主要因素就包括裂缝。本文通过改变ECC替换高度率、钢筋数量、等级和直径,设计了 4种工况20组试件。通过对试件进行两点对称弯曲加载试验,可以测得试件受弯作用下的承载力、挠度、沿梁高度方向的平均应变、钢筋应变、裂缝数量和宽度,并能绘制出挠度曲线、应变曲线、沿高度方向平均应变曲线、裂缝宽度曲线,从而可以对比得出试件较优的设计形式和变形特点。结果表明:复合梁受弯开裂模式为细密裂缝模式,破坏具有一定的延性。ECC替换高度率越大,复合梁开裂产生的裂缝数量越多,裂缝宽度越细。改变ECC替换高度率时,配置2根纵向钢筋的复合梁弯矩-挠度曲线具有相同的发展趋势,而配置1根纵向钢筋的复合梁受弯效果不佳。对于本实验而言,ECC最佳替换高度率基本在0.5至0.75之间。弯矩-纵向受力钢筋应变曲线与弯矩-挠度曲线发展趋势较为吻合,具有较好的连接承载效果。ECC替换普通混凝土可以使得跨中一定长度范围内纵向受力钢筋的应变趋于均匀分布。利用ECC进行替代混凝土的做法可以避免或限制大裂缝的产生。复合梁截面应变符合平截面假定。增加荷载可以使试件中和轴不断向上移动,同时减小混凝土受压区高度。ECC替换层可以显著限制裂缝开展的宽度,裂缝的平均间距显著减少。试验梁的延性随着ECC替换普通混凝土高度变化有一定的变化,但是普通钢筋混凝土梁的延性比与ECC-混凝土复合梁的延性比相差不大,延性比受ECC替换高度率的变化的影响较小。复合梁有限元模拟值与试验值吻合较好,材料参数和本构模型可以较好的反映复合梁受弯过程。
【图文】：

计而成的新型材料⑵，其纤维掺量一般不超过复合材料总体积的２．５％［３］。在２０世纪９０年代初逡逑期，美国密歇根大学Ｖｉｃｔｏｒ．Ｃ．Ｌｉ教授率先提出工程纤维增强水泥基复合材料ＥＣＣ，并建议将逡逑ＥＣＣ运用于混凝土结构，进一步改善混凝土结构在使用过程中的开裂问题。图１．１和图１．２分逡逑别为ＥＣＣ应力－应变－裂缝宽度曲线和四点弯曲试验，由图分析可知，，混凝土／ＥＣＣ材料在较高逡逑应力水平下，最大断裂应变不小于３％，实现了传统水泥基材料单一大裂缝的宏观开裂模式向逡逑多重细微裂缝的稳态开裂模式转变，从而有效提高结构的耐久性，避免钢筋直接与外部环境接逡逑触而产生锈蚀。逡逑ｓ；／逦ＷｒｎｍＳ逡逑°0邋ｉ邋２逦３逦４邋￣邋０逦ｒ．１逦‘ｒ逡逑应变（％）逦

本文编号：2647261