超高性能水泥基复合材料梁受弯性能试验研究

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混凝土具有抗拉强度低、开裂后裂缝宽度难以控制和韧性差等缺陷,因此,在传统的钢筋混凝土结构中,钢筋腐蚀现象会由于裂缝发展问题经常发生,这样便会直接降低了工程的使用寿命和结构的耐久性。为了克服混凝土的这些缺点,社会上相继涌现了各种纤维混凝土。近些年出现的水泥基复合材料ECC(Engineered Cementitious Composites)是一种新型高效防裂、高耐久性的绿色结构材料。  本研究方向配制的超高性能纤维增强水泥基复合材料其裂缝宽度可控制在0.1毫米以内,钢筋加强的ECC的裂缝可控制在0.2~0.3毫米以内,并且在开裂后ECC仍然可以传递应力,这就消除了开裂处的应力集中,从而避免了顺筋裂缝的产生。因此开发出性能优异而造价较低的高性能纤维增强水泥基复合材料,对于提高结构强度及韧性,延长并保证结构的使用寿命具有重要的实际意义,而且市场前景广阔。  使用水泥基复合材料(ECC)取代普通混凝土可以有效阻止腐蚀性物质进入钢筋和混凝土,防止钢筋被腐蚀,降低钢筋腐蚀的可能性,有效控制裂缝宽度,从而可以极大地提高钢筋混凝土的耐久性。在单轴拉伸状态下,ECC具有应变硬化的特点,可以承担部分拉力。如果充分考虑ECC的拉伸承载能力,则可以更加合理的设计钢筋增强超性能水泥基复合材料受弯构件,达到节约钢材的目的。本文进行了钢筋增强水泥基复合材料梁受弯研究工作,先后完成了实腹筋梁试验研究、受弯理论研究、理论与试验的验证对比、承载力的简化计算方法、裂缝的控制分析等方面的研究。本文依据ECC的单轴压缩状态的双直线模型、单轴拉伸状态下的应变硬化特性以及平截面假定,进行了钢筋增强的水泥基复合材料受弯构件的理论研究,包括界限配筋梁受压区高度的确定、正截面受弯各阶段内力分析、整个受力过程的弯矩-曲率曲线关系的确定以及跨中的挠度的计算。
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