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试析延性混杂纤维增强高性能混凝土深梁受剪性能

收藏本文 2024-01-25 点赞:6700 浏览:19776 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:钢筋混凝土深梁以其巨大的承载能力,在土木工程中得到越来越广泛的运用。由于深梁的跨高比较小,在荷载作用下弯矩值较低,而剪力值却相对较高,其受剪承载力的计算在结构设计中显得尤为重要。为了满足抗剪要求,深梁往往具有较大的高度,并且需要配置大量的钢筋,这样既浪费材料,同时也给施工增加了难度。高性能混凝土具有较高的强度和耐久性,将其运用于深梁结构能较大地提升深梁的承载能力,减小构件的尺寸和自重,节约建筑材料。但主要缺点是仍然没有转变混凝土的脆性性质,并且混凝土强度越高,其脆性越大,这使得深梁剪切破坏时延性更差,不利于结构抗震。混杂纤维混凝土以其优良的力学性能,越来越受到各国探讨者的关注。能否将钢纤维/聚丙烯纤维混杂掺入高性能混凝土,得到性能更优的高性能混凝土:一方面利用混杂纤维增加高性能混凝土的韧性,提升深梁剪切破坏延性;另一方面依靠混杂纤维的增强作用,提升深梁斜截面承载能力,减小分布钢筋用量,解决配筋过密引起的施工困难。为此,本论文采取试验探讨与论述浅析相结合的策略,对混杂纤维高性能混凝土深梁受剪性能进行较为深入的探讨,主要包括以下几方面内容:(1)采取正交试验法设计混杂纤维高性能混凝土强度试验,浅析钢纤维外形、长径比、体积率及聚丙烯纤维体积率对高性能混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及拉压强度比的影响,比较各因素对高性能混凝土强度影响的大小顺序。结果表明,钢纤维/聚丙烯纤维混杂掺入高性能混凝土后,使基体高性能混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度及拉压强度比普遍提升。其中,钢纤维外形的影响最大,钢纤维长径比的影响最小。(2)通过18根混杂纤维高性能混凝土深梁及2根普通高性能混凝土深梁的受剪试验,采取直观浅析法对影响深梁抗剪极限强度的各因素进行定量浅析与比较。结果表明,混杂纤维的掺入可以显著提升高性能混凝土深梁的抗剪极限强度。影响混杂纤维高性能混凝土深梁抗剪极限强度的各因素中,水平分布钢筋配筋率的影响最大,钢纤维长径比的影响次之,聚丙烯纤维体积率的影响最小。(3)结合我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)和《纤维混凝土结构技术规程》(CECS 38:2004)中深梁受剪承载力计算公式,参考国内外学者相关探讨成果,浅析规范现有受剪承载力计算公式对高性能混凝土深梁的适用性,提出混杂纤维高性能混凝土深梁斜截面受剪承载力计算公式,可供工程设计参考。(4)基于深梁受剪试验结果,采取直观浅析法对影响深梁剪切初裂强度的各因素进行定量浅析与比较。结果表明,混杂纤维的掺入可以显著提升高性能混凝土深梁的剪切初裂强度。在影响混杂纤维高性能混凝土深梁剪切初裂强度的诸因素中,钢纤维长径比的影响最大,聚丙烯纤维体积率的影响次之,竖向分布钢筋配筋率的影响最小。(5)结合我国现行《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中普通混凝土深梁及《纤维混凝土结构技术规程》(CECS 38:2004)中钢纤维混凝土深梁斜截面抗裂度计算公式,参考国内外学者相关探讨成果,建立了混杂纤维高性能混凝土深梁斜截面抗裂度计算公式,为实际工程设计提供参考。(6)在混杂纤维高性能混凝土深梁受剪性能试验探讨的基础上,采取正交浅析法探讨钢纤维外形、长径比及体积率、聚丙烯纤维体积率、水平及竖向分布钢筋配筋率对深梁受剪破坏形态及延性的影响,比较各因素对深梁剪切破坏延性的影响,浅析了混杂纤维高性能混凝土深梁的受剪破坏机理。结果表明,混杂纤维的掺入可以显著提升高性能混凝土深梁剪切破坏延性。其中,钢纤维体积率的影响最大,超过了水平和竖向分布钢筋的影响,钢纤维外形的影响最小。(7)运用大型有限元浅析软件ABAQUS对普通高性能混凝土深梁及混杂纤维高性能混凝土深梁受剪性能进行数值模拟,并与试验结果进行了比较,同时针对试验中未能考虑的影响因素进行有限元拓展浅析。有限元浅析结果表明,随着配筋率的增加,混杂纤维高性能混凝土深梁抗剪极限承载力有所提升,但提升的幅度很小;当剪跨比λ≤1时,混杂纤维高性能混凝土深梁受剪承载力随剪跨比的变化不显著;增大跨高比使混杂纤维高性能混凝土深梁的受剪极限承载力有所提升,但变化幅度不大,这些都与普通混凝土深梁的规律一致。关键词:混杂纤维论文高性能混凝土论文深梁论文受剪性能论文延性论文
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    摘要6-8

    ABSTRACT8-15

    第1章 绪论15-37

    1.1 引言15

    1.2 高性能混凝土15-19

    1.2.1 高性能混凝土概述15-16

    1.2.2 国外高性能混凝土的探讨与运用16-18

    1.2.3 我国高性能混凝土的探讨与运用18-19

    1.3 纤维混凝土19-30

    1.3.1 纤维混凝土概述19-20

    1.3.2 钢纤维混凝土20-22

    1.3.3 合成纤维混凝土22-26

    1.3.4 混杂纤维高性能混凝土26-30

    1.4 本课题的探讨背景30-31

    1.5 深梁受剪性能探讨进展31-35

    1.5.1 混凝土深梁的探讨32-34

    1.5.2 纤维混凝土深梁的探讨34-35

    1.6 本论文主要探讨内容35-37

    第2章 试验概况37-51

    2.1 混杂纤维高性能混凝土强度试验概况37-42

    2.1.1 正交试验案例37-39

    2.1.2 试验原材料39-41

    2.1.3 配合比41

    2.1.4 试验装置及试验策略41-42

    2.2 混杂纤维高性能混凝土深梁受剪试验概况42-47

    2.2.1 试件设计42-44

    2.2.2 试件制作与养护44

    2.2.3 试验设备与装置44-45

    2.2.4 测试内容和策略45-46

    2.2.5 加载方式46

    2.2.6 失效准则46-47

    2.3 试验现象及破坏形态47-50

    2.3.1 试验现象描述47

    2.3.2 破坏形态47-50

    2.4 本章小结50-51

    第3章 混杂纤维高性能混凝土强度正交试验探讨51-68

    3.1 引言51

    3.2 立方体抗压强度51-56

    3.2.1 受压破坏历程与破坏形态51-52

    3.2.2 抗压强度试验结果52

    3.2.3 抗压强度试验结果浅析52-55

    3.2.4 抗压强度计算公式55-56

    3.3 劈裂抗拉强度56-61

    3.3.1 受拉破坏历程与破坏形态56-57

    3.3.2 劈拉强度试验结果57

    3.3.3 劈拉强度试验结果浅析57-60

    3.3.4 劈拉强度计算公式60-61

    3.4 拉压强度比61-63

    3.4.1 拉压强度比试验结果61

    3.4.2 拉压强度比试验结果浅析61-63

    3.5 劈拉强度与立方体抗压强度的联系63-64

    3.6 混杂纤维高性能混凝土作用机理浅析64-67

    3.6.1 纤维混凝土增强机理64-66

    3.6.2 混杂纤维对高性能混凝土的增强机理浅析66-67

    3.7 本章小结67-68

    第4章 混杂纤维高性能混凝土深梁斜截面受剪承载力探讨68-84

    4.1 引言68

    4.2 抗剪极限强度试验结果68

    4.3 抗剪极限强度试验结果浅析68-72

    4.3.1 混杂纤维对高性能混凝土深梁抗剪极限强度的影响68-70

    4.3.2 单一因素对深梁抗剪极限强度的影响70-72

    4.4 深梁斜截面受剪承载力计算策略72-83

    4.4.1 规范推荐的深梁受剪承载力计算公式72-74

    4.4.2 高性能混凝土深梁受剪承载力计算公式推导74-75

    4.4.3 杂纤维高性能混凝土深梁受剪承载力计算公式推导75-83

    4.5 本章小结83-84

    第5章 混杂纤维高性能混凝土深梁斜截面抗裂度浅析84-92

    5.1 引言84

    5.2 剪切初裂强度试验结果84

    5.3 剪切初裂强度试验结果浅析84-88

    5.3.1 混杂纤维对高性能混凝土深梁剪切初裂强度的影响84-86

    5.3.2 单一因素对深梁剪切初裂强度的影响86-88

    5.4 混凝土深梁斜截面抗裂度计算策略88-91

    5.4.1 规范推荐的深梁斜截面抗裂度计算公式88-89

    5.4.2 高性能混凝土深梁斜截面抗裂度计算89

    5.4.3 混杂纤维高性能混凝土深梁斜截面抗裂度计算公式推导89-91

    5.5 本章小结91-92

    第6章 深梁受剪变形历程与延性浅析92-116

    6.1 引言92

    6.2 变形探讨92-108

    6.2.1 斜截面破坏形态浅析92-93

    6.2.2 凝土斜截面应变93-96

    6.2.3 水平分布钢筋荷载—应变联系96-99

    6.2.4 竖向分布钢筋荷载—应变联系99-101

    6.2.5 纵向受力钢筋荷载—应变联系101-105

    6.2.6 荷载—跨中挠度联系105-108

    6.3 延性浅析108-113

    6.3.1 延性的评定指标108-109

    6.3.2 延性比试验结果109

    6.3.3 延性比试验结果浅析109-113

    6.4 杂纤维高性能混凝土深梁受剪机理浅析113-115

    6.4.1 基本论述与浅析策略113-114

    6.4.2 混杂纤维对深梁抗剪承载力及抗裂度方面的作用114

    6.4.3 混杂纤维对改善构件延性方面的作用114-115

    6.5 本章小结115-116

    第7章 混杂纤维高性能混凝土深梁非线性有限元浅析116-127

    7.1 引言116

    7.2 材料本构模型116-119

    7.2.1 钢筋的本构模型116-117

    7.2.2 混杂纤维高性能混凝土的本构模型117-119

    7.3 钢筋与纤维混凝土的粘结滑移119-120

    7.4 有限元模型的建立120-121

    7.4.1 单元类型的选取120

    7.4.2 单元网格划分120

    7.4.3 加载制度120-121

    7.4.4 有限元方程求解121

    7.5 有限元计算结果及浅析121-124

    7.5.1 深梁破坏形式121-122

    7.5.2 荷载-跨中挠度曲线122

    7.5.3 钢筋应力分布122-123

    7.5.4 混凝土应力分布123

    7.5.5 有限元模拟结果与试验结果比较123-124

    7.6 基于有限元的深梁受剪承载力影响因素浅析124-126

    7.6.1 纵向受力钢筋配筋率的影响124-125

    7.6.2 剪跨比的影响125-126

    7.6.3 跨高比的影响126

    7.7 本章小结126-127

    第8章 结论与展望127-130

    8.1 本论文主要结论127-128

    8.2 本课题探讨展望128-130

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