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《哈尔滨工业大学》 2010年
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活性粉末混凝土梁受力性能及设计方法研究

李莉  
【摘要】: 1993年,法国Bouygues实验室以Pierre Richard为首的研究小组研制出了活性粉末混凝土(Reactive powder concrete,简称RPC),它是由级配石英砂、水泥、活性矿物掺合料、高效减水剂、钢纤维以及水按一定级配搅拌成型后在一定养护条件下结硬的新型混凝土材料。它具有高强度、高韧性、高耐久性等优点,有一定的应用前景。 由于活性粉末混凝土与普通混凝土的组成成分有很大差别,其力学性能必存在不同于普通混凝土的自身特点。由于活性粉末混凝土力学性能有其自身特点,活性粉末混凝土构件的承载力计算以及活性粉末混凝土梁板的刚度及裂缝计算也一定不同于普通混凝土构件,超静定活性粉末混凝土梁板的塑性内力重分布性能也会不同于超静定普通混凝土梁板。因此,研究活性粉末混凝土的优化配比及活性粉末混凝土的力学性能,探索活性粉末混凝土简支梁及连续梁的受力性能及设计计算理论是必要的。为此本文开展了如下几方面工作: 首先,完成了59组活性粉末混凝土配合比试验,探索了各组分掺量对活性粉末混凝土强度和流动度的影响规律。试验结果表明水胶比是影响活性粉末混凝土强度和流动度的最关键因素,在一定范围内,强度随水胶比增大而降低,流动度随水胶比增大而提高;活性粉末混凝土中掺加的石英砂、硅灰、钢纤维越多,流动度越差,而在一定限度内矿渣粉掺量增多会提高其流动度;石英砂、硅灰、矿渣粉掺量与强度的关系存在饱和点;钢纤维掺量在1%~4%范围内时,强度随其掺量的增加而提高;由于活性粉末混凝土中掺有大量硅灰、矿渣等活性掺合料,温度为200oC压力为1.5MPa的高压高温养护可以激发掺合料的活性,因此较其他养护方式更容易获得较高强度。以59组RPC配合比试验结果为基础并参考鲍罗米公式,初步提出了活性粉末混凝土优化配合比设计建议公式,可供活性粉末混凝土配合比设计参考使用。 其次,通过对100mm×100mm×300mm的轴心抗压强度为100MPa左右的活性粉末混凝土棱柱体的轴心抗压试验和40mm×40mm×160mm棱柱体的轴心抗拉试验,得到所研究活性粉末混凝土的轴心抗压强度、轴心抗拉强度、峰值应力点对应的应变、弹性模量、泊松比等力学性能指标,获得了所研究活性粉末混凝土轴心受压和轴心受拉应力-应变关系全曲线,并以此为基础拟合得到了所研究活性粉末混凝土轴向受压和轴向受拉应力-应变关系方程。试验结果表明,所研究活性粉末混凝土的弹性模量为4.12×104 N/mm 2,泊松比为0.22,峰值压应力对应的应变为3560με,峰值拉应力对应的应变为249με,受压应力-应变关系曲线下降段对应于0.5 f c的压应变为5500με~7300με。其峰值压应力对应的应变明显高于普通混凝土峰值压应力对应的应变(相同抗压强度的普通高强混凝土峰值压应力对应的应变约为2440με),在受压应力-应变关系曲线下降段对应于0.5 f c的极限压应变也明显高于普通高强混凝土的压应变(约为3800με);活性粉末混凝土受压应力-应变曲线在应力为0.6~0.7 fc之前为弹性工作阶段。 第三,完成了6根活性粉末混凝土简支梁受力性能试验。试验结果表明,当配筋率不大于4.3%时,截面抵抗矩塑性影响系数随配筋率的增大而线性增大,参照国标《混凝土结构设计规范》中截面高度对塑性系数影响的考虑方法,提出了所考察活性粉末混凝土梁截面抵抗矩塑性系数随配筋率和截面高度变化的计算公式。基于所考察活性粉末混凝土受拉应力-应变关系曲线方程,计算得到试验梁截面受拉区活性粉末混凝土拉应力对正截面承载力的贡献后(随着配筋率不同,拉区活性粉末混凝土的拉应力对梁正截面承载力的贡献约为15%~40%),假定拉应力在截面受拉区均匀分布,且合力作用点在受拉区正中,拟合得到了所考察活性粉末混凝土梁正截面承载力简化计算公式所需的受拉区活性粉末混凝土拉应力折减系数取值。通过纯弯区段受压区活性粉末混凝土压应变实测值和活性粉末混凝土受压应力-应变曲线方程,以及裂缝所在截面受拉钢筋应变实测值,拟合得到了使用荷载作用下钢筋拉应变和受压边缘活性粉末混凝土压应变的计算公式,提出了活性粉末混凝土梁刚度和裂缝计算公式。 最后,制备了5根钢筋活性粉末混凝土两跨连续梁,完成了每跨跨中单点集中加载试验。考察了试验梁从开裂、中支座控制截面受拉纵筋屈服、跨中控制截面受拉纵筋屈服直至达到承载能力极限状态的全过程。由于活性粉末混凝土梁受压边缘极限压应变不低于5500με,明显高于普通混凝土梁受压边缘的极限压应变3300με,活性粉末混凝土梁的塑性铰所经历的塑性过程相对于普通混凝土梁长,塑性转角要大,弯矩调幅幅度明显增大。基于试验结果建立了承载能力极限状态下的中支座两侧等效塑性铰长度计算公式,分别提出了以中支座控制截面相对塑性转角和中支座相对受压区高度为自变量的弯矩调幅计算公式。为活性粉末混凝土连续梁塑性设计提供了参考依据。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU375.1

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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8 马强;朋改非;谢永江;朱长华;;青藏铁路用现浇施工高性能混凝土的耐久性研究[A];HPC2002第四届全国高性能混凝土学术研讨会论文集[C];2002年
9 蒋家奋;;我国混凝土科学技术的先驱与奠基人——庆祝吴中伟教授从事科技与教育工作60年[A];吴中伟院士从事科教工作六十年学术讨论会论文集[C];2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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9 吴炎海;周凯敏;林清;;聚丙烯纤维活性粉末混凝土的受拉力学性能试验研究[A];第15届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2006年
10 赖建中;孙伟;;活性粉末混凝土的冲击压缩性能[A];第17届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前7条
1 通讯员 盖爽;北京建工院超高性能结构混凝土材料工程化 应用基础研究经鉴定达到国际先进水平[N];中华建筑报;2010年
2 记者 于博 通讯员 尚玉凯;国内最大跨度RPC梁通过铁道部鉴定中心标准审定[N];人民铁道;2009年
3 记者 谢峰 通讯员 盖爽;我国高端建筑结构新材料的新突破[N];首都建设报;2010年
4 ;延伸专利核心技术 走终端产品发展路[N];经济信息时报;2011年
5 盖爽;超高性能结构混凝土材料工程化应用基础研究达国际先进[N];中国建设报;2010年
6 通讯员 阚敏生 贡海斌;我国特大铁路钢桁梁首次转体施工在集包铁路完成[N];中华建筑报;2010年
7 钟书友 本报记者 刘尧;“抢滩”效应日显 “国字号”助推新发展[N];巢湖日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李莉;活性粉末混凝土梁受力性能及设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 李莉;活性粉末混凝土梁受力性能及设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 刘红彬;活性粉末混凝土的高温力学性能与爆裂的试验研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
4 贾方方;钢筋与活性粉末混凝土粘结性能的试验研究[D];北京交通大学;2013年
5 彭艳周;钢渣粉活性粉末混凝土组成、结构与性能的研究[D];武汉理工大学;2009年
6 李海艳;活性粉末混凝土高温爆裂及高温后力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
7 赵军卫;预应力锚具下混凝土局部受压基本问题试验研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
8 王立闻;活性粉末混凝土高温后动力学特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 卢姗姗;配置钢筋或GFRP筋活性粉末混凝土梁受力性能试验与分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 张彦玲;钢—混凝土组合梁负弯矩区受力性能及开裂控制的试验及理论研究[D];北京交通大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 闫建平;活性粉末混凝土材料抗剪强度的试验研究[D];北京交通大学;2011年
2 李同乐;活性粉末混凝土损伤后的耐久性研究[D];北京交通大学;2011年
3 丁波;铁路钢筋活性粉末混凝土T形梁抗剪性能试验研究[D];北京交通大学;2011年
4 王子玮;活性粉末混凝土抗氯离子侵蚀渗透性能研究[D];北京交通大学;2011年
5 秦鑫;各种应力状态下活性粉末混凝土的本构关系和破坏准则[D];北京交通大学;2011年
6 刘畅;活性粉末混凝土偏心受压构件破坏机理的试验研究[D];北京交通大学;2012年
7 王晓芳;钢筋活性粉末混凝土T梁抗剪性能有限元分析[D];北京交通大学;2012年
8 上官玉明;免蒸养活性粉末混凝土研究及应用[D];青岛理工大学;2010年
9 张扬;活性粉末混凝土流变性能的数值分析[D];北京交通大学;2012年
10 赵继红;配玄武岩筋的活性粉末混凝土梁的力学性能研究[D];上海师范大学;2013年
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