钢纤维聚合物结构混凝土的关键力学性能研究

发布时间：2017-08-09 15:36

  本文关键词：钢纤维聚合物结构混凝土的关键力学性能研究

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【摘要】：为了更好的利用钢纤维聚合物混凝土这种新型建筑材料优异的力学性能,将其成功地推广应用到大跨度桥梁结构中,在本课题组已有知识产权的“钢纤维增强聚合物改性混凝土”的基础上,进行了二次研发工作,研制了一种能够更好的满足大跨度桥梁结构需求的新型复合材料——钢纤维聚合物结构混凝土(SFPSC)。本文采用实验研究、数值分析与理论推导相结合的方法,对这种新材料的基本力学、环境疲劳、结构力学、抗变形及抗裂性能等若干关键力学性能进行了探讨。本文的主要研究内容及结论如下:1)对SFPSC的研制目标、设计依据及配合比设计等进行了阐述,并对其基本力学性能进行了测试。研究结果表明,掺入适量的聚合物乳胶和钢纤维,可使普通高强混凝土的抗折强度和劈裂抗拉强度得到显著的改善。2)针对广东地区桥梁的恶劣服役环境,对SFPSC实验梁设计并实施了三组不同湿热条件(23℃、78%R·H;50℃、80%R·H;50℃、95%R·H;)下的环境疲劳实验,获得了三点弯曲载荷下SFPSC的S~N曲线。研究结果表明,环境越恶劣,SFPSC实验梁的疲劳极限Sf就越小;实验环境越恶劣,S~N曲线的斜率越平缓,即实验梁对循环荷载越敏感。3)根据本文的环境疲劳实验数据,结合经典的疲劳强度理论及假定,推导了湿热环境与循环荷载共同作用下SFPSC的疲劳寿命表达式。利用该公式,可有效、方便地预测在湿热环境下服役的SFPSC构件的环境疲劳寿命和疲劳极限。4)利用MIDAS CIVIL软件对一座连续刚构桥进行了数值计算,对比分析了抗压强度相近的C55混凝土和SFPSC材料的结构力学性能。通过对比两种材料构成的箱梁结构的正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力以及梁体抗变形能力,发现SFPSC箱梁的抗弯承载力、抗剪承载力、抗变形能力不仅不会降低,而且还得到了不同程度的提高。5)应用MIDAS CIVIL模型2#块端部的截面内力作为力的边界条件,建立了ANSYS WORKBENCH实体模型,对箱梁桥0号块进行了局部应力计算。计算结果表明,C55混凝土不能满足该桥的局部抗裂要求,而SFPSC材料拥有更好的抗裂性能,基本能满足大型预应力刚构桥的抗裂要求。
【关键词】：钢纤维聚合物结构混凝土 湿热环境 疲劳性能 结构力学性能 抗裂性能
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U444
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 钢纤维混凝土的发展、力学性能研究现状及分析12-15
• 1.2.1 钢纤维混凝土的发展现状及分析12-14
• 1.2.2 钢纤维混凝土的力学性能研究现状及分析14-15
• 1.3 钢纤维聚合物混凝土的发展现状及分析15-16
• 1.4 钢纤维混凝土疲劳性能的研究现状及分析16-18
• 1.5 钢纤维混凝土抗裂性能的研究现状及分析18-20
• 1.6 本文的主要研究内容20-22
• 第二章 SFPSC材料的研制及基本力学性能22-33
• 2.1 SFPSC材料组成及配合比设计22-27
• 2.2 SFPSC材料的基本力学性能27-29
• 2.2.1 试件制备27
• 2.2.2 基本力学性能27-29
• 2.3 SFPSC材料增强机理浅析29-31
• 2.3.1 钢纤维的作用机理30
• 2.3.2 乳胶的作用机理30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 SFPSC在湿热环境-荷载共同作用下的疲劳性能33-49
• 3.1 疲劳实验33-40
• 3.1.1 实验材料与试件制备33-34
• 3.1.2 实验设备34-36
• 3.1.3 实验方法36-37
• 3.1.4 实验结果及分析37-40
• 3.2 疲劳寿命40-43
• 3.2.1 常用疲劳曲线方程40-42
• 3.2.2 湿热环境-荷载共同条件下的S~N曲线42-43
• 3.3 湿热环境-循环荷载共同与非共同作用下的SFPSC疲劳性能43-45
• 3.4 湿热环境-荷载共同作用下的SFPSC弯曲疲劳寿命公式45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 SFPSC的结构力学性能49-67
• 4.1 SFPSC箱梁的承载力49-55
• 4.1.1 计算模型49-50
• 4.1.2 参数设置50-52
• 4.1.3 承载力分析52-55
• 4.2 SFPSC箱梁的抗变形性能55-58
• 4.3 SFPSC箱梁的抗裂性能58-65
• 4.3.1 荷载参数59
• 4.3.2 模型参数59-62
• 4.3.3 计算结果及分析62-65
• 4.4 本章小结65-67
• 结论与展望67-69
• 参考文献69-75
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76-77
• 附件77

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本文编号：646052