高强轻骨料混凝土深受弯构件受剪承载力研究

发布时间：2020-08-14 15:08

【摘要】：将轻骨料混凝土用于深受弯构件,能显著减小截面尺寸,减轻结构自重,改善结构抗震性能,但其发生骨料破坏,剪切脆性突出,同时,因机理复杂导致受剪模型始终未统一。本文从材料层次和构件层次出发,采用数据库统计处理、试验研究与理论分析相结合的方法,以材料力学性能与微观结构—试验数据库分析—构件层次试验—理论模型验证为思路,基于试验数据库,建立压杆有效系数分析模型,深入地开展轻骨料混凝土深受弯构件受剪承载力研究。主要内容包括:1.采用900级碎石型页岩陶粒配制高强轻骨料混凝土,明确了各影响因素对其力学性能影响的基础上,设计17组拔出试件研究了变形钢筋与轻骨料混凝土的粘结锚固性能,系统地分析了轻骨料混凝土强度等级、钢筋直径、锚固长度和骨料种类四种因素对粘结锚固性能的影响。研究表明:轻骨料混凝土与变形钢筋的粘结性能曲线与普通混凝土类似,轻骨料混凝土与钢筋的极限粘结强度高于普通混凝土,即砂浆强度是影响粘结性能的重要因素;2.配制不同影响因素的微观试样,通过电镜扫描分析其微观结构,结果表明:掺入适量的硅灰可以改善界面过渡区,提高页岩陶粒和浆体之间的机械咬合作用和化学粘结作用;骨料强度的提高引起骨料-水泥浆界面强度与骨料强度相差较小,薄弱连接面在二者之间均有发生,破坏面不再光滑,与低强度的轻骨料混凝土存在差异;3.基于数据库采用多个典型模型完成深受弯构件受剪承载力分析,考虑混凝土强度等级和剪跨比影响,对拉压杆模型进行二次修正,给出建议压杆有效系数计算模型,并通过试验验证了有效性;4.完成了 15根轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能试验,系统研究其破坏过程与破坏形态、荷载-挠度位移曲线、斜裂缝发展规律、承载力等,深入分析各影响因素显著性。研究表明:轻骨料混凝土深受弯构件的破坏模式分为剪压破坏和斜向劈裂破坏,随着剪跨比的增大,破坏模式从剪压破坏向斜向劈裂破坏过渡;随着剪跨比的增加,斜压杆倾角减小,压杆拱机制作用的有效性降低,试件荷载-跨中挠度曲线斜率降低,刚度退化显著,且决定其极限受剪承载力;随着剪跨比和加载板宽度的增加,试件的受剪承载力明显提高,即在拉压杆模型中增加了斜压杆的截面宽度;5.完成12个不同参数的高强轻骨料混凝土深受弯构件斜压杆隔离体试件轴压性能试验,重点研究其破坏模式和腹筋配筋率影响。结果表明:该类混凝土深受弯构件斜压杆主要发生压杆区破坏和节点区破坏两种破坏形态,随着压杆腹筋配筋率增大,破坏形态逐渐由压杆区破坏向节点区破坏转化,并且斜压杆压应力扩散范围逐渐减小;6.在试验基础上,通过承载力分析建立深受弯构件和压杆隔离体的关联性,研究表明:现有典型受剪计算模型及本文建议拉压杆模型均能较好的用于对轻骨料混凝土深受弯构件受剪承载力进行计算及预测。但对于基于修正压力场建立的压杆有效系数不再适用于轻骨料混凝土,建议根据不同的剪跨比选取不同的压杆有效系数;7.考虑可靠度和腹筋作用提出的拉压杆模型设计方法,能够较好的用于轻骨料混凝土深受弯构件受剪设计,但应根据腹筋配筋率的不同,合理配制腹筋。本文基于数据库在对普通混凝土深受弯构件受剪拉压杆模型分析的基础上,考虑轻骨料混凝土的自身特性,分析压杆有效系数对于轻骨料混凝土的适用性,最终将拉压杆模型和统计方法进行有效统一,提出轻骨料混凝土深受弯构件受剪计算模型及设计方法,研究成果对于推进轻骨料混凝土的工程应用和混凝土剪切问题的研究具有重要的理论意义和实际价值。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

（ＭＰａ）。Ｃｕｉ等人间的结论为轻骨料混凝土中骨料的体积含纛越高，弹性模量就越低。逡逑此外，骨料对混凝土强度和弹性模量的影响会随骨料形状指数的升高而增强。形状逡逑指数计算方式为：形状指数＝球度／形状参数，其中球度为图１．１中球型体积／骨料体积，逡逑形状参数为Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｌｌ。逡逑ＬＷＡＶ邋＾４－＾－逦＾，．．．．邋＿逦＼邋＿邋＿邋＿逡逑酬邋Ｚ邋六、、逡逑ｎ逦艮制}0逦＼逦狐逡逑曝逦１：公逡逑图１．１形状指数各参数定义逡逑Ｊｉａｉｉ［４５］．人通过收集太量普通混凝土和轻骨料混凝土的试验数据，对十余种不同弹逡逑性模量计算模型进行验证分析，发现美国规范ＡＣＩ３１８－９５和加拿大规范ＣＳＡ对弹性模逡逑量的预测与试验结果吻合较好。同时研宄结果表明：混凝土的强度等级与容重是影响弹逡逑性才莫童的关键因素，海凝土养护龄期以及试验试件截面形状对弹性模鸶则无明显影响。逡逑１．２．２轻骨料混凝土界面过渡区微观结构逡逑１．２．２．１界面过渡区特征逡逑对于普通混凝土，由于骨料与水泥颗粒之间阖有的尺寸差异，存在“墙效应”，即骨逡逑料周围的水泥颗粒含纛小于远离骨料的，区域，骨料不能完全被水泥颗粒包裹，使得在养逡逑６逡逑

如果骨料强度高于砂浆，应力主要通过骨料和界面区传递，弁１■由于骨料的抗拉强逡逑度高于骨料周围界面区的抗拉强度，骨料相与界面区相发生分离，断裂面避开骨料，沿逡逑着界面过渡区发展Ｃ如图１．３（ａ）所示）。然而，自骨料强度低于砂浆时，如轻骨料，混逡逑凝土中的应力分布将会大不相同。应力主要通过砂團传递，导致骨料和砂浆都受到横向逡逑应力。由于界面区强度高于轻骨料，断裂将穿过轻骨料（如图１．３（ｂ）所示）但是，对逡逑于轻骨料混凝土而言，裂缝不总是穿过轻骨料本身，尤其是当轻骨料为强度较高的高强逡逑轻骨料时。Ｂｏｇａｓ邋ＪＡ［６Ｇ］的试验表明对于砂浆强度较低或者龄期较短的轻骨料混凝土，卺逡逑骨料强度较高时，断裂面同时呈现出破碎骨料和完整骨料。逡逑b\0＿

本文编号：2793190