【摘 要】
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砂作为细集料是超高性能混凝土（Ultra high performance concrete,UHPC）的重要组分之一,天然砂（Natural sand,NS）分布不均且短期内不可再生,机制砂（Manufactured sand,MS）取代天然砂是一种潜在的可行方案,可缓解生态压力、满足可持续发展要求。由于机制砂多棱角性和初始裂纹缺陷,易破坏UHPC最紧密堆积结构,增大界面过渡区孔隙率,使纤维-基
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砂作为细集料是超高性能混凝土（Ultra high performance concrete,UHPC）的重要组分之一,天然砂（Natural sand,NS）分布不均且短期内不可再生,机制砂（Manufactured sand,MS）取代天然砂是一种潜在的可行方案,可缓解生态压力、满足可持续发展要求。由于机制砂多棱角性和初始裂纹缺陷,易破坏UHPC最紧密堆积结构,增大界面过渡区孔隙率,使纤维-基体间界面成为薄弱层,降低机制砂超高性能混凝土（MS-UHPC）材料-结构性能。迄今,已有研究多聚焦于石粉对MS-UHPC制备的影响,对机制砂颗粒形貌影响下MS-UHPC材料及结构性能关注较少。本文进行了MS-UHPC的制备与优化设计研究;通过模型梁受弯性能试验,研究了机制砂掺量及纵筋率对MS-UHPC梁开裂荷载、裂缝发展及受弯承载力等的影响规律;评估了现行天然砂超高性能混凝土（NS-UHPC）梁开裂荷载及受弯承载力的计算方法对于MS-UHPC梁的适用性;提出了考虑机制砂掺量的开裂弯矩与受弯承载力的计算模型。主要研究内容包括:（1）MS-UHPC制备与优化设计通过细集料物理性能试验、浆体流动性试验和混凝土力学性能试验,分析了机制砂掺量和母岩特性对MS-UHPC性能的影响;提出了不同机制砂掺量下MS-UHPC强度换算关系式,探讨了合理的机制砂掺量与MS-UHPC性能间的匹配关系,建议机制砂最优替代率为60%。（2）MS-UHPC梁受弯性能试验通过7根MS-UHPC梁受弯性能试验,分析了机制砂掺量对MS-UHPC梁的裂缝发展、挠度、破坏形态、开裂荷载及受弯承载力的变化。不同机制砂掺量的MS-UHPC梁均为弯曲破坏。100%机制砂替代率下,MS-UHPC梁相比NS-UHPC梁开裂荷载下降12.5%,受弯承载力下降11.7%。（3）开裂荷载及受弯承载力计算方法评估基于试验结果,评估了国内外规范及学者研究中开裂荷载及受弯承载力的计算方法对MS-UHPC梁的适用性。MS-UHPC梁受拉区应力分布为全矩形模式、梯形和三角形模式下开裂弯矩试验值与计算值比值的均值分别为0.81、1.12和1.53。受弯承载力试验值与中国CECS2004规范、瑞士MCS规范、中国CECS2020规范及美国ACI规范计算值比值的均值分别为0.72、0.93、1.45和1.84。（4）考虑机制砂掺量的MS-UHPC梁的受弯计算方法基于纤维桥联作用理论,考虑机制砂掺量,通过受力平衡方程和材料本构方程,建立了MS-UHPC梁开裂弯矩和受弯承载力计算方法。试验值与提出方法的开裂弯矩及受弯承载力计算值比值的均值分别为1.07和1.21,变异系数分别为0.1和0.07,表明该方法可以用于MSUHPC梁开裂弯矩及受弯承载力计算。
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