常温下超高性能混凝土梁斜截面承载性能研究

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超高性能混凝土(UHPC)是一种超高强度、高韧性以及优异耐久性能的新型建材,超高强度的UHPC基体中配置高强钢筋能够充分发挥UHPC的材料性能。对于UHPC梁斜截面承载力,UHPC骨料咬合作用小,但纤维的桥联作用限制斜裂缝的产生和发展。由于剪力传递机制复杂,UHPC梁斜截面承载性能的研究较少;斜截面承载失效为脆性破坏,安全防控性能差。鉴于此,论文开展常温下UHPC梁斜截面承载性能研究,主要开展的工作如下:(1)采用“水泥-硅灰-矿粉”三元胶凝材料体系,用河沙代替石英砂制备UHPC,研究标准养护、干热养护、蒸汽养护和热水养护等养护制度对UHPC力学性能的影响,试验结果表明:养护制度对抗压强度的影响从大到小依次为:干热养护、蒸汽养护、热水养护、标准养护;干热养护的立方体抗压强度随温度升高而增大,150~oC相比于90~oC立方体抗压强度提高了21.2%;7~28d龄期内降低8.9%;UHPC轴心抗拉强度受养护制度的影响较大,150~oC干热养护相比标准养护提高33.4%,干热养护温度越高,抗拉强度提高越大;水胶比是影响抗拉强度的关键因素,水胶比从0.22降至0.18,抗拉强度提高24%。(2)开展了3个UHPC简支梁在常温下的斜截面抗剪承载力试验,获得了荷载-位移曲线、箍筋及纵筋应变变化、裂缝分布与发展、抗剪承载力等数据,揭示了剪跨比对UHPC梁斜截面抗剪承载性能的影响。试验结果表明:UHPC梁斜截面抗剪承载力受剪跨比影响较大,在剪跨比为1.5~3.5范围内,试验梁呈现剪压破坏;与普通混凝土梁相比,无腹筋UHPC梁在较大剪跨比并未出现斜拉破坏,剪切破坏具有一定延性;UHPC梁受剪承载力、延性系数均高于普通混凝土。(3)建立了UHPC梁抗剪性能分析的精细化有限元模型,通过试验结果对模型进行了科学性和精确性验证。通过扩大参数范围分析,研究了剪跨比、配箍率、配箍形式、纵筋率、截面尺寸等参数对UHPC梁抗剪性能的影响,分析表明:剪跨比、配箍率、截面尺寸是影响抗剪性能的关键因素,纵筋率对UHPC梁抗剪性能影响较小;无腹筋UHPC梁剪跨比从1.1增大至1.5、2.5、3.5,抗剪承载力分别降低了22.2%、42.7%、55.2%,抗剪强度随剪跨比的增大而降低,且降低幅度逐渐减少;抗剪强度随配箍率的增大而提高,剪跨比越大,配箍率对极限抗剪承载力的影响越小;在配筋率差距较小时,单根钢筋得到的加强不能弥补钢筋数量减少导致的钢筋销栓作用的降低,从而导致极限抗剪承载力的降低;极限抗剪承载力随截面尺寸的增大而提高,较大的截面尺寸会严重降低UHPC梁的剪切延性,截面尺寸从200mm×300mm增大至400mm×500mm,抗剪承载力提高2.4倍,破坏挠度减小45%。(4)系统分析了剪跨比、纵筋率、配箍率、钢纤维特性、截面尺寸等因素对UHPC梁抗剪性能的影响,对比国内外UHPC梁抗剪承载力计算方法,发展了UHPC梁抗剪承载力计算方法。通过已有试验验证,多参数抗剪承载力计算方法有较好的适用性,可为UHPC梁工程应用提供理论支持。
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