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《北京交通大学》 2009年
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基于承载力控制的预应力RPC梁设计理论研究

张明波  
【摘要】: 活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种新型混凝土材料,与常规混凝土相比,具有超高强度、高韧性、高耐久性等优点,已成为工程材料领域一个新的研究热点。目前,国内外对其研究多限于材料的研究和具体对象的设计分析上,但对RPC结构的设计理论研究较少,尚不系统。RPC具有独特的力学性能,但目前其结构设计主要是借鉴常规混凝土或钢纤维混凝土的设计理论。虽然这些理论具有一定的参考性,但是直接借鉴缺少依据和理论支持,结构安全性也难以评估。RPC设计理论和设计方法的滞后限制了其在工程上的应用和推广。本文以基本力学试验为基础,针对预应力RPC梁的承载力进行了深入细致的研究,提出了基于承载力控制的预应力RPC梁的实用设计理论和设计方法,主要研究内容和结论如下: (1)对RPC立方体和棱柱体试件进行了轴心受压、轴心受拉以及抗折性能试验,得到了RPC立方体强度、棱柱体强度、峰值应变等力学指标及相关的统计参数,获得了RPC单轴受拉、受压全过程应力-应变曲线,并通过对试验数据深入分析,新定义了RPC弹性模量和弹性工作区间。 (2)根据RPC试件的力学参数,采用通用有限元软件MARC对RPC基本受弯构件进行了三维有限元计算分析,研究确定了采用MARC分析预应力RPC梁所需的本构模型和参数,为提高计算效率,编制了基于截面的非线性分析程序FX-RPCT,用于大量的预应力RPC梁的受力全过程分析,通过试验验证,数值方法的计算结果均同试验结果吻合良好。本文设定的RPC本构模型和参数,可使MARC可作为RPC梁应力分析的通用程序,而自编程序FX-RPCT则可用作大量的预应力RPC梁承载力计算和试验数据补充,为预应力RPC梁的承载力研究和合理设计提供了一个有效手段。 (3)采用FX-RPCT程序对不同配筋形式的预应力RPC梁进行了全过程分析,给出了预应力钢筋和非预应力钢筋用量对其开裂承载力和极限承载力的影响规律,指出控制RPC梁开裂承载力的主要因素为预应力钢筋用量,定义了“强度配筋率”系数,指出预应力钢筋和非预应力钢筋的强度配筋率共同决定了梁的极限承载力。在承载力控制条件下下,可以根据预应力钢筋和非预应力钢筋的合理组合,得到RPC梁的经济设计。 (4)提出了预应力RPC梁的设计和评估指标,分析确定了预应力RPC梁的合理工作模式和破坏模式,给出了以开裂承载力和极限承载力共同控制的设计方法以及相应的承载力计算公式,提出了考虑RPC材料特性的半概率极限设计理论,并通过预应力RPC低高度梁破坏试验进行了验证。 (5)考虑RPC材料的离散性、截面几何参数和计算误差的离散性,对预应力RPC梁的开裂承载力和极限承载力进行了可靠度分析。基于可靠度思想,采用Monte Carlo方法,编制程序计算了RPC梁开裂承载力失效概率和极限承载力失效概率,并分析给出了RPC在受弯构件中合理的抗拉、抗压强度系数,抗裂应力控制系数建议取为0.75,抗压强度分项系数建议取为1.35。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU528.31

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【引证文献】
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【参考文献】
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