鋼筋混凝土梁主動裂紋控制方法及其復合結構抗彎性能研究.pdf

1、論文基于主動裂紋控制方法，將高性能水泥基復合材料微鋼絲纖維混凝土（micro steel fiber reinforced concrete，簡稱MSFRC）布置在高強鋼筋混凝土梁的受拉邊緣，研制了一種抗裂性能卓越的功能梯度復合梁。
　　傳統(tǒng)的被動裂紋控制，是正常使用階段的適用性控制，認為裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展對結構的性能沒有影響。主動裂紋控制是延緩結構中裂紋的出現(xiàn)與發(fā)展，甚至不產(chǎn)生裂紋，滿足結構抗裂性能的要求。論文將抗拉強度高、抗變形

2、性能好的MSFRC材料根據(jù)功能梯度材料的設想和概念，布置在鋼筋混凝土結構的受拉邊緣，主動的控制裂紋的產(chǎn)生，延緩裂紋的發(fā)展，形成控裂梯度材料。
　　論文基于強度理論和斷裂力學分別設計了不同MSFRC阻裂增強層厚度的功能梯度復合梁，并對復合梁進行抗彎性能試驗研究。根據(jù)抗彎性能試驗中MSFRC阻裂增強層對裂紋起裂和發(fā)展過程的控制效果，確定功能梯度梁最適宜的纖維層厚度，使復合結構具備卓越抗裂性能的同時兼顧經(jīng)濟性。論文通過理論分析、材料基本

3、力學性能試驗、功能梯度復合結構抗彎性能試驗和有限元模擬，得到如下結論:
　　①體積摻量為6％的微鋼絲纖維顯著提高了水泥基復合材料的力學性能。MSFRC與普通混凝土相比，立方體抗壓強度提高65.9％，軸心抗壓強度提高30.9％，抗折強度提高227.6％，軸心抗拉強度提高25.6％，劈裂抗拉強度提高73.8％，彈性模量提高9.3％。與普通混凝土的脆性破壞相比，MSFRC在試驗破壞過程中呈現(xiàn)典型的塑性破壞，顯著改善了水泥基材料的破壞形態(tài)

4、。
　?、谡撐母鶕?jù)斷裂力學中，內(nèi)部偏心裂紋應力因子小于邊裂紋裂尖應力因子，設計了MSFRC纖維層厚度為50mm的功能梯度復合梁(hf50);基于強度理論，根據(jù)MSFRC纖維層厚度與開裂彎矩之間的關系，設計MSFRC纖維層厚度為83.3mm（1/3截面高度）的功能梯度復合梁（hf83）。功能梯度復合梁hf50和hf83與普通鋼筋混凝土梁相比，開裂彎矩分別提高88.9％和127.8％;極限彎矩分別提高19.5％和34.1％。hf50起

5、裂時的第一條裂紋為內(nèi)部偏心裂紋，裂紋向受拉區(qū)邊緣和受壓區(qū)兩邊發(fā)展;普通梁和hf83起裂時的第一條裂紋為邊裂紋，裂紋隨荷載向受壓區(qū)發(fā)展。在裂紋發(fā)展前期，由于裂紋是內(nèi)部偏心裂紋，復合梁hf50的阻裂增強層與復合梁hf83相比更有效的控制了裂紋寬度。在裂紋寬度為0.1mm時，復合梁hf50的承載力比普通梁提高136.1％，較復合梁hf83提高28.8％。裂紋發(fā)展后期，MSFRC阻裂增強層對裂紋控制效果顯著，PT梁在屈服荷載下純彎段5條主裂紋寬

6、度全部大于0.20mm，最大主裂紋寬度0.26mm; hf50和hf83在屈服荷載作用下只有1～2條主裂紋寬度大于0.15mm，hf50最大主裂紋寬度0.18mm，hf83最大主裂紋寬度0.19mm。纖維阻裂增強層有效改善了高強鋼筋的受力狀況，降低了鋼筋混凝土結構開裂后的高強鋼筋應力突變。復合梁hf50改善高強鋼筋應力狀況的效果與復合梁hf83沒有明顯差別。
　?、壅撐牟捎脤崪y微鋼絲纖維混凝土本構關系，運用ANSYS有限元軟件對復