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《郑州大学》 2012年
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机制砂混凝土及其预应力梁受力性能研究

何盛东  
【摘要】:混凝土是我国工程建设的主要建筑材料之一,随着基础设施建设的快速发展和环境保护的加强,配制混凝土可利用的天然砂资源的日趋匮乏,优质的天然砂资源也越来越少,已不能满足工程建设规模日益扩大的需要,与建筑业蓬勃发展的矛盾日益突出。使用机制砂代替天然砂配制混凝土对节约资源保护环境有重要意义,已成为必然趋势,机制砂的开发、研究和应用也日益受到重视。目前机制砂混凝土虽然在房屋建筑、水电和水运工程中有一定应用,但因对其性能的研究尚不够深入,应用还不广泛,尤其是在用砂量巨大的公路、铁路预应力混凝土桥梁工程中的应用方面,十分有必要对机制砂及机制砂混凝土的性能作进一步的研究。本文结合机制砂在预应力混凝土桥梁工程中应用的需要,对机制砂和机制砂混凝土的物理力学性能进行了较系统的试验研究,研究了机制砂预应力混凝土梁在静力和疲劳荷载下的受力性能,分析了机制砂混凝土和机制砂预应力混凝土梁的受力特点,提出了相应的设计方法,为机制砂在工程建设中的广泛应用,尤其是在预应力混凝土桥梁工程中的应用提供依据。论文的主要工作和成果有: 1、对机制砂和天然砂的物理力学性能进行了较全面的对比试验研究,表明正规生产的机制砂可实现良好级配,其物理力学性完全能满足普通混凝土的使用要求。普通混凝土配合比的计算方法同样适合机制砂混凝土的配制,为提高机制砂混凝土的和易性和工作性能,建议在制配制机制砂混凝土时加入适量粉煤灰,并适当延长拌制。 2、对机制砂混凝土和普通混凝土的基本力学性能进行了系统的对比试验研究,表明机制砂混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量均随着替代率的增大而增大,而收缩变形则随着替代率的增大变化不大,完全适用于预应力混凝土。建立了机制砂混凝土的立方体抗压强度与轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量的换算关系式,为机制砂混凝土在预应力混凝土桥梁工程中的应用提供了参考依据。 3、对8根机制砂预应力混凝土简支梁(折线先张梁5根,曲线后张梁2根和直线后张梁1根)制作工程中钢绞线、混凝土应变(应力)的监测,以及预应力损失的分析表明,机制砂预应力混凝土梁的各项预应力损失均可按现行规范的公式或原则进行计算,且总预应力损失小于普通混凝土预应力梁。 4、通过5根预应力混凝土梁(3根折线先张梁、2根后张梁)在静力荷载作用下受力性能的试验研究,对比分析了机制砂混凝土和普通混凝土预力梁从加载开始到破坏过程中混凝土、非预应力筋和钢绞线的应变、裂缝开展以及挠度变化的特点。结果表明在相同条件下机制砂预应力混凝土梁的裂缝宽度和挠度小于普通混凝上预应力梁。机制砂预应力混凝土梁的受弯承载力、裂缝宽度和挠度均可按现行规范的相关公式计算,计算结果偏于安全或有较大的保证率。 5、通过3根预应力混凝土梁(2根折线先张梁、1根后张梁)在疲劳荷载作用下受力性能的试验研究,对比分析了机制砂混凝土和普通混凝土预力梁在疲劳受力过程中以及疲劳后静载受力过程中裂缝和挠度变化的规律。结果表明机制砂预应力混凝土梁的疲劳受力性能优于普通混凝土预力梁,疲劳加载后的剩余承载力以及裂缝和挠度仍可按现行规范的相关公式计算,具有足够的安全度和保证率,为机制砂混凝土预应力梁在承受疲劳荷载的桥梁工程中的应用提供了依据。 6、在试验研究的基础上,基于正截面理论提出了机制砂预应力混凝土梁受力性能分析方法,编制了相应的数值分析程序,数值分析结果与试验实测结果趋势一致符合良好,可应用于机制砂预应力混凝土梁和普通混凝土预应力梁受力性能的分析。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU528

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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