钢纤维细石混凝土性能优化及在桥面连续结构的应用研究

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梁体轴向伸缩变形、梁端转动以及相邻两跨之间的竖向错动变形等因素都会使得桥面连续结构在接缝处承受较大的弯拉变形;同时,桥面连续结构的刚度和强度相比于桥跨整体结构显得薄弱。因此,桥面连续结构在运营不久后就容易产生裂缝。钢纤维细石混凝土是在混凝土基体中掺加适量细短钢纤维得到的一种复合材料,具有强度高、韧性表现好等特点。本文利用钢纤维细石混凝土对桥面连续结构在接缝处进行局部增强,并展开相应的研究。主要工作和成果如下:(1)基于课题组前期调配结果,利用正交法优化设计一组强度在60MPa左右、具有良好流动性的自密实钢纤维细石混凝土配合比,探究水泥用量、粉煤灰置换率、砂率以及钢纤维体积率对SFRC-FA的抗压强度、劈裂抗拉强度以及四点抗弯强度的影响规律,并利用综合平衡法确定最优配合比为:水泥掺量470kg/m3,粉煤灰置换率25%,钢纤维体积率1.8%,砂率55%。并结合SEM和X-CT技术从微观角度来分析钢纤维细石混凝土的破坏机理。同时,在SFRC-FA制备过程中,探究了搅拌时间对拌合物状态的影响规律。最终调配得到的钢纤维细石混凝土应用于实际工程和桥面连续板模型试件中。(2)将桥面连续板在接缝处的普通混凝土替换成钢纤维细石混凝土进行局部增强,探究钢纤维细石混凝土替换区域宽度和配筋率对桥面连续板力学性能的影响。设计制作了 9组不同类别的钢纤维细石混凝土桥面连续板模型试件,并进行三点弯曲静力试验。对试件破坏特征及裂缝发展、中性轴、荷载挠度关系、钢筋应变等几个方面进行了比较和分析,并结合ABAQUS有限元数值仿真软件进行了模型校核与验证,得出一种可以适当减小配筋率且钢纤维混凝土替换区域宽度以500mm最佳的设计方案,对改善桥面连续板的力学性能具有一定的作用。(3)基于三点弯曲静力试验结果,设计制作了 10组不同类别的钢纤维细石混凝土桥面板模型试件和3组普通混凝土桥面板模型试件,采用四点弯曲静力加载方式。通过对试件破坏特征及裂缝发展、中性轴、荷载位移关系、承载力、刚度及延性等几个方面进行比较和分析,探究钢纤维细石混凝土替换区域宽度和配筋率对桥面连续板力学性能的影响,发现利用钢纤维细石混凝土局部增强桥面连续板显著提升桥面板试件的抗弯承载力、刚度和延性,延缓试件的开裂,同时也减缓了截面中和轴上升,有效提升试件的协同变形能力。试件内部配筋率的变化与试件的承载力变化、刚度变化、起裂荷载变化呈正相关,但与试件延性变化呈负相关。
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