火损绿色高性能纤维增强水泥基复合材料新型框架结构抗震性能试验研究

发布时间：2020-07-18 03:02

【摘要】：绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites,GHPFRCC)是在传统工程纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)的基础上,使用大掺量粉煤灰替代水泥制备而成的新型建筑材料。GHPFRCC在常温下具有比普通混凝土更出色的延性和能量吸收能力,并表现出多缝开裂和应变硬化的特性。而高温作用下GHPFRCC中PVA纤维的熔融在一定程度上降低了其抗震能力,因此火灾后GHPFRCC框架的抗震性能亟待探明。本文通过拟静力试验研究了火损GHPFRCC框架的抗震性能,主要内容包括以下几个方面:第一部分主要是介绍GHPFRCC框架拟静力试验。按照“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件”的基本原则使用最佳配合比的GHPFRCC和C30混凝土两种材料制作5榀相同尺寸、相同配筋的两层两跨1:2缩尺框架,其中3榀先经历火灾试验,之后再进行火灾后的拟静力试验,主要研究不同浇筑材料、受火区域等因素对框架抗震性能的影响。第二部分讨论分析了GHPFRCC框架抗震性能的影响因素及规律,通过拟静力试验中GHPFRCC框架破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、延性系数、等效粘滞阻尼系数、刚度和强度退化等指标,系统研究了火损GHPFRCC框架的抗震性能。试验结果表明:(1)火灾会影响混凝土和GHPFRCC框架的内力重分布,改变框架结构的塑性铰出现顺序,削弱梁铰破坏机制的完全发展,降低框架的抗震性能。(2)单腔受火工况下的GHPFRCC框架极限承载力仍高出未受火普通混凝土框架承载力的26%,双腔受火工况下的GHPFRCC框架极限承载力与未受火普通混凝土框架承载力基本相当,表明局部火灾后的GHPFRCC框架仍具有良好的承载力和抗震性能。(3)双腔受火工况下的GHPFRCC框架的延性、耗能能力、极限承载力等指标均高于相同受火工况的普通混凝土框架,且刚度退化和强度退化较平缓,说明GHPFRCC可以有效提高火灾后框架的抗震性能,提高火灾后结构的安全性。(4)双腔受火工况下的GHPFRCC框架的延性、耗能能力、极限承载力等指标相较单腔受火工况下的GHPFRCC框架均有所降低,说明增加受火面积会影响GHPFRCC框架的各项抗震性能指标,进一步降低结构的抗震性能。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332
【图文】：

拉伸应力-应变曲线,裂缝

混凝土一样荷载突然降低，说明纤维具有良好的增韧和提学的王海超[17]通过对多组 PVA-UHTCC 立方体、棱柱体，研究了最佳配合比和不同配合比下各组试块的抗压性的关系等。研究结果表明：PVA 纤维可以延长构件受力前受力后期的延性，提高混凝土的开裂荷载和极限荷载。凝土抗压性能影响不大，但可以通过合理选取水泥、粉煤强水泥基复合材料的抗压强度。大学的姜海军[18]通过对150 mm×150 mm×550 mm的PV验，分析了不同 PVA 纤维掺量对峰值应变、应力、弹性究发现：随着纤维掺量增加，立方体抗压强度和峰值应应变和弹性模量则小幅度波动，说明纤维掺量对应变和维掺量的增加可以提高复合材料的延性和能量吸收能力性能

四点弯曲试验

的应力场和变形场保持不变，直至裂缝贯通整个截面[14]。学的薛会青[20]对尺寸为12 mm×40 mm×160 mm的PVA-EC试验获得了 PVA-ECC 的轴拉应力-应变曲线，并分析了相VA-ECC 在出现裂缝后仍可以继续承受荷载作用，并且呈A 纤维可以提高水泥基复合材料的变形能力，减小其受力优异的阻裂和增韧的作用。能高等土木工程材料研究工作实验室[21-22]（Advanced Civch Laboratory，ACE-MRL）对尺寸为 304.8 mm×76.2 mm行四点弯曲试验。结果表明，PVA-ECC 呈现出稳态开裂是普通混凝土材料的 40 倍左右，表现出了良好的准应变缝宽度较小时，PVA 纤维与水泥基间的化学粘结作用产达到抗折强度后仍保留着水泥基体的裂后强度。

桥面板,裂缝

有优良的韧性及多缝开裂的特性，因此，在土木工程领域，可以有效提高建筑结构的抗裂能力、耗能能力、延性以梁受拉钢筋周围的混凝土可控制钢筋混凝土梁裂缝宽度，体内部侵蚀钢筋，且结构的延性也有所提高，用 ECC 代替和多缝开裂的特性，可以消除应力集中引起的混凝土剥落提高柱的承载力和耐久性[28-30]。经过多年的系统研究，E并在诸多国内外工程建设中得到应用。美国密歇根大学和当地交通局进行合作，采用 ECC 修复桥面板。修复时先将表面混凝土凿除，替换已劣化的钢筋复完成约 30 个月后，对此桥的修复效果进行检测，发现板工作性能仍然良好，其表面裂缝基本控制在 50 μm 内，采用混凝土进行修补的部分桥面板已发生非常严重的劣化时间关系见图 1.3，与混凝土相比，ECC 材料表现出优越

【参考文献】