钢纤维自密实混凝土梁斜截面受剪性能研究

发布时间：2018-01-28 11:29

本文关键词： 钢纤维自密实混凝土受剪承载力修正压力场理论斜裂缝　出处：《大连理工大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：盾构隧道管片作为隧道的主要承重结构,其抗裂性、安全性和耐久性对隧道的整体结构性能至关重要。钢纤维自密实混凝土在盾构隧道管片的应用可较好地解决管片的破损、开裂以及由于钢筋和混凝土基体之间的不良粘结而导致的耐久性问题；同时,钢纤维还可以部分或者全部替代箍筋,起到优化配筋的作用。本文为推广钢纤维自密实混凝土在盾构隧道管片以及其他工程结构中的应用,并为此提供试验和理论上的参考与依据,对钢纤维自密实混凝土的工作性、材料力学性能以及钢纤维自密实混凝土简支梁和对称倾角梁的受剪性能展开了系统地研究,并基于修正压力场理论提出了钢纤维混凝土无腹筋梁和有腹筋梁受剪承载力计算模型。本文主要研究内容和结论如下： (1)采用国内外应用较为广泛的工作性评价方法,对强度等级为C40和C60的钢纤维自密实混凝土的流动性、填充性、间隙通过性以及稳定性进行了测试。同时,对硬化后的钢纤维自密实混凝土强度和弯曲韧性进行了测试。结果表明,钢纤维自密实混凝土的工作性与强度均能满足要求。 (2)对20根钢纤维自密实混凝土简支梁弯剪性能进行了试验研究,分析了钢纤维对试件破坏形态、裂缝形态、荷载-挠度曲线、承载力、纵筋以及箍筋应变的影响。采用不同剪切延性评价方法对部分试件的剪切延性进行分析,并定量地评价了钢纤维对箍筋的替代作用。研究结果表明：钢纤维的加入不仅可以改善试件的破坏形态、增加斜裂缝数量,而且可以显著提高试件承载力和剪切延性。在本文试验条件下,40kg/m3钢纤维最多可以替代0.275%的配箍率,并且钢纤维与箍筋共同作用时表现出明显的正混杂效应,优于单独使用箍筋的情况,可以实现钢纤维部分替代箍筋。 (3)基于修正压力场理论提出了钢纤维混凝土无腹筋梁受剪强度计算模型。模型中通过对裂缝处局部平衡条件和钢纤维应力传递机理地分析,引入了钢纤维对混凝土梁受剪承载力的贡献,具有明显的物理意义。为验证模型的合理性,采用该模型和其他4个不同模型对第3章无腹筋试验梁以及收集到的已有139根钢纤维混凝土无腹筋梁进行了计算,并对比分析了不同影响因素对计算结果的影响。计算结果表明：采用本文提出的模型计算出的受剪承载力与试验结果符合较好,可用于钢纤维混凝土无腹筋梁受剪分析和计算。 (4)基于修正压力场理论提出了钢纤维混凝土有腹筋梁受剪承载力计算模型,并推导出钢纤维混凝土有腹筋梁受剪承载力一般计算式。同时,采用该计算方法和其他两种不同受剪设计方法对第3章试验数据进行了计算与对比。结果表明：本文提出的计算方法比其他两种受剪设计方法能更好地预测试验梁受剪承载力。为进一步验证本模型合理性与适用性,对已有钢纤维混凝土有腹筋梁试验结果进行了预测。计算结果表明：采用该计算方法计算出的受剪承载力与试验结果比较吻合且变异系数较小,可用于钢纤维混凝土有腹筋梁受剪承载力计算和分析。 (5)研究了钢纤维掺量、剪跨比和配箍率对钢纤维自密实混凝土倾角梁破坏形态、荷载-跨中挠度曲线、荷载-跨中纵筋应变曲线、沿梁长不同位置处纵筋应变和斜裂缝的影响。研究结果表明：倾角梁试件的破坏过程和破坏形态与简支对比梁相似,但是由于轴力的作用倾角梁的受剪承载力明显高于简支对比梁,且跨中位置处纵筋应变以及斜裂缝的宽度要低于简支对比梁；钢纤维可以显著改善倾角梁试件的破坏形态和斜裂缝分布形态,提高受剪承载力,增强荷载-跨中挠度曲线的弹性阶段与弹塑性阶段的刚度,降低纵筋应变、斜裂缝宽度及平均水平间距。同时,采用倾角梁试验结果验算了两种不同偏心受压构件斜截面受剪承载力计算方法。结果表明：采用两种不同计算方法计算出的结果均偏于保守。
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【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U451;U455.43

【参考文献】