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《大连理工大学》 2010年
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TRC基本力学性能及其增强钢筋混凝土梁受弯性能研究

尹世平  
【摘要】: 纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)是一种新的高性能水泥基复合材料,它是多轴纤维纺织物和精细混凝土的结合,具有良好的定向增强能力和限裂能力。由于所采用的纤维材料具有耐腐蚀性,防止化学侵蚀的混凝土保护层不再需要,从而TRC结构单元的厚度主要依赖于增强纤维必需的锚固厚度。这些特性使TRC可以广泛应用于薄壁轻质的结构或覆层材料,耐腐蚀构件,已有结构的修补增强及防治各种形式的混凝土开裂。但由于所用纤维本身的脆性特征,使TRC结构达到极限荷载时没有明显的破坏预兆;而普通钢筋混凝土结构则由于特殊保护层厚度的限制,具有较大的自重,且不能有效限制结构的主裂缝发展。为此,本文结合国家自然科学基金重点项目“混凝土结构裂缝的形成与发展机理及控制技术的研究(50438010)”中的关于混凝土结构裂缝控制新方法的研究,在对TRC相关材料性能和力学性能研究的基础上,提出一种采用纤维编织网和钢筋联合增强混凝土结构的新思路,并开展了一系列的试验和理论研究工作,主要内容总结如下: 1.精细混凝土的弹性模量比相同抗压强度的普通混凝土低,但极限荷载处应变较大;当用试验得出的模型参数值替代同等强度普通混凝土的参数值,试验曲线和模拟曲线吻合得比较好。 2.精细混凝土在断裂过程中也要经历一个裂缝稳定发展的过程才会达到失稳破坏,且其起裂韧度随试件尺寸的增大而减小而失稳断裂韧度基本保持不变;考虑荷载位移曲线的尾部曲线下的面积后,获得的断裂能几乎不存在尺寸效应,可认为是一个材料常数。 3.单独拉伸纤维束获得的应力一应变曲线几乎是完全线性的。假定基体材料开裂后只有纤维编织网承担荷载,从而由TRC薄板试件单轴拉伸的荷载一变形关系获得的纤维束的应力一应变关系可合理简化为双线性的形式。 4.在同样的保护层厚度下,纤维编织网表面粘砂,混凝土中掺加短切聚丙烯纤维及在纤维编织网上挂U型钩都有助于改善构件的受力性能,保护层厚度在3mm左右可满足纤维粘结锚固的要求。 5.纤维束的表面处理与径向纤维对维编织网和精细混凝土间的界面粘结性能有着较为明显的影响。对于粘细砂处理纤维束,搭接长度不小于60mm可满足纤维束间应力传递的要求;在同样的搭接长度下,绑扎搭接纤维束的增强效果要优于胶接的。 6.基于RC结构的抗弯设计理论,针对环氧树脂浸渍过的纤维编织网增强精细混凝土的抗弯计算理论进行了研究,结果表明:无论布设几层网,开裂之前,理论值和试验值几乎一致;开裂后,计算值和试验值的变化趋势基本一致。 7.提出纤维编织网联合钢筋增强混凝土结构的设计思路,分析了这种结构适筋梁的受弯发展过程,基于平截面假定按非线性分析理论给出了整个受力过程不同阶段梁的承载力、M/φ关系和跨中挠度的解析计算公式。最后通过与试验结果的对比,验证公式的合理性。 8.针对不同的纤维编织网用量给出了纤维编织网联合钢筋增强混凝土受弯梁的两种界限破坏状态,并给出了这两种状态分别对应的配网率与钢筋配筋率之间的关系。然后,基于平截面假定,给出了此构件在三种破坏形态下正截面极限承载能力的计算方法。结合试验数据说明了第一种破坏模式的不利性,且采用本文方法得到的承载力计算值与试验结果吻合得较好。 9.TRC加固钢筋混凝土(RC)梁的弯曲性能的试验结果表明,纤维编织网的表面粘砂处理能更好地发挥其有效约束能力,从而充分发挥TRC增强层的限裂和增强作用;新老混凝土的界面植入U型抗剪销钉可以提高增强后RC梁的整体受力性能,而涂抹界面剂对其几乎没有影响。此外,精细混凝土中掺加聚丙烯纤维有助于提高构件的起裂荷载;在RC梁配筋率一定的情况下,提高TRC层中的配网率可以有效地延缓结构主裂缝的发展,减小裂缝的宽度和间距,明显地提高梁的屈服荷载和极限承载力。 10.模拟了TRC加固RC梁的荷载与跨中位移曲线,计算值与试验结果吻合得较好;基于RC结构的裂缝间距和宽度计算理论,定性的分析了纤维编织网对RC结构的裂缝计算中控制参数的影响。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU375.1

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