發(fā)布時(shí)間：2020-10-19 21:08

　　 超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)是通過摻和超細(xì)摻合料顯著提高混凝土的密實(shí)度和抗壓強(qiáng)度,采用鋼纖維提高其抗拉能力,使其為具備超高抗壓強(qiáng)度、較強(qiáng)抗拉強(qiáng)度和優(yōu)越耐久性能的“新型超級(jí)混凝土”。當(dāng)前,世界范圍內(nèi)已逐步將UHPC材料從接縫、剪力連接件等局部附屬部位,開始應(yīng)用于主承力構(gòu)件,甚至有部分結(jié)構(gòu)開始全部采用UHPC。各國學(xué)者對(duì)UHPC的研究逐步深入,材料領(lǐng)域的研究多聚焦于采用顆粒堆積理論和加入納觀微觀級(jí)顆粒優(yōu)化配合比、從微細(xì)觀角度揭示不同骨料及纖維對(duì)界面粘結(jié)性能和材料力學(xué)性能的影響、水化硬化機(jī)理和流變性能等:結(jié)構(gòu)領(lǐng)域多借助傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)方法,通過宏觀尺度的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)受彎、受剪、抗震、抗沖擊和抗爆等研究,在宏觀層面建立相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論。材料研究和結(jié)構(gòu)研究存在脫節(jié)現(xiàn)象,突出表現(xiàn)在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論框架下無法合理利用材料領(lǐng)域關(guān)于UHPC納觀、微觀、細(xì)觀研究成果。建立兩者聯(lián)系的核心紐帶是各組分對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件力學(xué)性能貢獻(xiàn)從細(xì)觀到宏觀的科學(xué)定量及界面粘結(jié)滑移問題,其中,鋼纖維-UHPC基體界面粘結(jié)滑移性能是核心問題之一。本文采用多尺度手段,研究了鋼纖維與UHPC基體界面粘結(jié)性能(微觀-細(xì)觀尺度),基于細(xì)觀鋼纖維-UHPC基體界面粘結(jié)性能建立了結(jié)構(gòu)跨尺度(細(xì)觀-宏觀)受彎受剪理論計(jì)算模型,并通過試驗(yàn)對(duì)提出的理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)鋼纖維-UHPC基體界面粘結(jié)性能試驗(yàn)研究(微觀細(xì)觀尺度)以纖維傾角、纖維類型和砂骨料最大粒徑為參數(shù),進(jìn)行了 90個(gè)鋼纖維-UHPC基體界面粘結(jié)性能試件的拔出試驗(yàn);采用掃描電鏡對(duì)破壞界面微觀和細(xì)觀進(jìn)行觀測(cè),結(jié)合宏觀現(xiàn)象,歸納出兩種宏觀破壞模式(纖維拔出和纖維拉斷)和三種微觀破壞模式(界面過渡區(qū)破壞、基體破壞和纖維表面劃痕破壞);揭示了平直和端勾兩種不同鋼纖維拔出過程界面粘結(jié)破壞作用機(jī)制。(2)基于細(xì)觀本構(gòu)的UHPFRC梁跨尺度受彎計(jì)算模型(細(xì)觀-宏觀尺度)基于細(xì)觀力學(xué)分析,揭示了纖維對(duì)殘余抗拉強(qiáng)度貢獻(xiàn)的機(jī)理,提出了考慮界面粘結(jié)強(qiáng)度和纖維分布、取向以及埋深的超高性能纖維混凝土(Ultra high performance fiber reinforced concrete,UHPFRC)細(xì)觀本構(gòu)模型,為預(yù)測(cè)UHPFRC殘余抗拉強(qiáng)度提供新思路,進(jìn)而建立了 UHPFRC梁跨尺度受彎分析模型和受彎承載力理論計(jì)算方法。采用9片受彎試驗(yàn)梁結(jié)果對(duì)提出的理論進(jìn)行驗(yàn)證,并對(duì)不同作用機(jī)制的抗彎貢獻(xiàn)比例進(jìn)行了分析。(3)UHPFRC梁跨尺度受彎計(jì)算模型的試驗(yàn)驗(yàn)證為驗(yàn)證UHPFRC梁跨尺度受彎計(jì)算模型,進(jìn)行了 9片矩形截面UHPFRC模型梁試驗(yàn)研究,試驗(yàn)參數(shù)包括纖維率、縱筋率、纖維類型和混凝土強(qiáng)度。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)纖維“橋聯(lián)作用”的失效是一個(gè)接著一個(gè)的,裂縫呈“多而密”的分布特點(diǎn);提出了一種以極限撓度與彎曲開裂時(shí)撓度比值為表達(dá)形式的新延性評(píng)價(jià)指標(biāo);UHPFRC梁跨尺度受彎計(jì)算模型可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)梁體受力全過程曲線和極限承載力。(4)UHPFRC梁跨尺度受剪承載力計(jì)算模型:纖維-基體分離模型(細(xì)觀-宏觀尺度)針對(duì)如何計(jì)算纖維抗剪貢獻(xiàn)的核心難點(diǎn)問題,提出了全新的有效纖維抗剪區(qū)域(Effective Fiber Distributed Region,EDR)概念,即破壞斜裂縫周圍一定寬度內(nèi)的纖維可提供抗剪。基于概率論或纖維拔出荷載-滑移曲線手段確定EDR寬度,進(jìn)而得到纖維抗剪貢獻(xiàn),并建立跨尺度(細(xì)觀-宏觀尺度)纖維-基體分離受剪承載力理論計(jì)算模型(Mesoscale Fiber-Matrix Discrete Model,MFDM),為預(yù)測(cè)纖維抗剪貢獻(xiàn)提供新的思路。建立的模型可以考慮纖維取向、埋置深度和纖維基體間粘結(jié)強(qiáng)度等因素,從細(xì)觀角度反應(yīng)了纖維抗剪機(jī)理。(5)UHPFRC梁跨尺度受剪計(jì)算模型的試驗(yàn)驗(yàn)證為驗(yàn)證UHPFRC梁跨尺度受剪計(jì)算模型,進(jìn)行了 11片UHPFRC梁受剪試驗(yàn),研究纖維率、纖維類型、配箍率、剪跨比和混凝土強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)UHPFRC梁受剪承載力、裂后性能和裂后變形能力等的影響。首次定義UHPFRC梁的剪切破壞為半延性-半脆性破壞;提出了以極限撓度與剪切開裂時(shí)撓度比值為表達(dá)形式的新延性評(píng)價(jià)指標(biāo),并對(duì)試驗(yàn)梁裂后變形能力和剛度退化進(jìn)行了評(píng)價(jià);UHPFRC梁跨尺度受剪計(jì)算模型可很好地預(yù)測(cè)試驗(yàn)梁受剪承載力。(6)基于鋼纖維混凝土梁剪切數(shù)據(jù)庫(SFRC-SDB)的受剪計(jì)算方法評(píng)價(jià)廣泛搜集國內(nèi)外鋼纖維混凝土(Steel fiber reinforced concrete,SFRC)梁受剪試驗(yàn)數(shù)據(jù),建立總數(shù)為941的SFRC梁剪切數(shù)據(jù)庫(Shear datbase,SDB),對(duì)SFRC-SDB進(jìn)行樣本整體研究,分析以往試驗(yàn)研究重點(diǎn)及參數(shù)分布情況,基于SFRC-SDB詳細(xì)探討受剪承載力隨各主要影響因素的變化規(guī)律,最后對(duì)現(xiàn)行規(guī)范和抗剪設(shè)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。
【學(xué)位單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU37
【部分圖文】：

?圓??圖１－２和平大橋（首爾，韓國）??靈?■■卜?ｉｉｉｉｊ??圖?１－３?Ｍａｒｓ?Ｈｉ丨丨橋（Ｗａｐｅｌｌｏ?Ｃｏｕｎｔｙ，美國）??＿＿涵??圖１－４中國首座全預(yù)制拼裝ＵＨＰＣ橋（長沙，中國）??此外，世界其他國家也建造了大量的ＵＨＰＣ橋梁，如德國、法國、馬來西亞、日本??等。通過廣泛搜集國內(nèi)外ＵＨＰＣ在橋梁工程的應(yīng)用案例，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至２０１７年，??世界范圍內(nèi)共約２２１座橋梁中采用了?ＵＨＰＣ作為主承力構(gòu)件或連接件［４１，６％６９］。圖Ｍ為??ＵＨＰＣ在橋梁工程中應(yīng)用數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，以亞洲應(yīng)用最多，所占比例為６２．４％，??美洲和歐洲各占２４．９％和１０．９％，大洋洲僅占１．８％。由圖１－６可知，新世紀(jì)的前５年，??各國有少量的ＵＨＰＣ實(shí)際工程探索應(yīng)用

圖?１－３?Ｍａｒｓ?Ｈｉ丨丨橋（Ｗａｐｅｌｌｏ?Ｃｏｕｎｔｙ，美國）??＿＿涵??圖１－４中國首座全預(yù)制拼裝ＵＨＰＣ橋（長沙，中國）??此外，世界其他國家也建造了大量的ＵＨＰＣ橋梁，如德國、法國、馬來西亞、日本??等。通過廣泛搜集國內(nèi)外ＵＨＰＣ在橋梁工程的應(yīng)用案例，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至２０１７年，??世界范圍內(nèi)共約２２１座橋梁中采用了?ＵＨＰＣ作為主承力構(gòu)件或連接件［４１，６％６９］。圖Ｍ為??ＵＨＰＣ在橋梁工程中應(yīng)用數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，以亞洲應(yīng)用最多，所占比例為６２．４％，??美洲和歐洲各占２４．９％和１０．９％，大洋洲僅占１．８％。由圖１－６可知，新世紀(jì)的前５年，??各國有少量的ＵＨＰＣ實(shí)際工程探索應(yīng)用，這是由于ＵＨＰＣ制備技術(shù)和設(shè)計(jì)理論的制約。??至２００７年，掀起了一波ＵＨＰＣ工程應(yīng)用熱潮。２００８年，第二屆ＵＨＰＣ國際會(huì)議在德國??５??

東南大學(xué)博士學(xué)位論文開后，每年都有超過１０項(xiàng)ＵＨＰＣ工程建造起來。??起來，近２０年來，ＵＨＰＣ在橋梁工程中的應(yīng)用有主梁、橋墩、接縫、件、導(dǎo)梁以及維修加固等方面。其中，美洲主要以接縫和剪力連接洲主要以應(yīng)用于主梁為主。總體來說，ＵＨＰＣ在土木工程中己得到一步研宄和推廣。??大
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐海賓;鄧宗才;;有腹筋UHPFRC梁抗剪承載力計(jì)算[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2015年12期

2 鄭輝;方志;劉明;;預(yù)應(yīng)力活性粉末混凝土箱梁抗剪性能試驗(yàn)研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2015年06期

3 張策;邵旭東;張陽;;超大跨徑UHPC連續(xù)箱梁橋接縫設(shè)計(jì)及模型試驗(yàn)[J];土木工程學(xué)報(bào);2015年04期

4 GU Chun Ping;YE Guang;SUN Wei;;Ultrahigh performance concrete–properties, applications and perspectives[J];Science China(Technological Sciences);2015年04期

5 戚家南;王景全;呂志濤;;體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁受剪承載力計(jì)算方法研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2015年01期

6 徐海賓;鄧宗才;;預(yù)應(yīng)力超高性能鋼纖維混凝土梁受彎性能試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2014年12期

7 徐海賓;鄧宗才;陳春生;陳興偉;;超高性能纖維混凝土梁抗剪性能試驗(yàn)研究[J];土木工程學(xué)報(bào);2014年12期

8 邵旭東;詹豪;雷薇;張哲;;超大跨徑單向預(yù)應(yīng)力UHPC連續(xù)箱梁橋概念設(shè)計(jì)與初步實(shí)驗(yàn)[J];土木工程學(xué)報(bào);2013年08期

9 王景全;戚家南;;有腹筋與無腹筋鋼筋混凝土梁抗剪承載力統(tǒng)一計(jì)算方法[J];土木工程學(xué)報(bào);2013年07期

10 方志;向宇;劉傳樂;;配置碳纖維預(yù)應(yīng)力筋的鋼纖維活性粉末混凝土無腹筋梁疲勞性能試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2013年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 徐海賓;HRB500鋼筋預(yù)應(yīng)力超高性能混凝土梁受力性能研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

2 張明波;基于承載力控制的預(yù)應(yīng)力RPC梁設(shè)計(jì)理論研究[D];北京交通大學(xué);2009年

3 楊劍;CFRP預(yù)應(yīng)力筋超高性能混凝土梁受力性能研究[D];湖南大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 王成志;超高性能混凝土結(jié)構(gòu)抗彎性能試驗(yàn)研究[D];西南交通大學(xué);2017年

2 胡楚紅;超高性能混凝土疊合梁彎曲性能研究[D];北京交通大學(xué);2013年

3 于濤濤;鋼筋活性粉末混凝土受彎構(gòu)件正截面承載力的研究[D];北京交通大學(xué);2012年

4 陸小呂;活性粉末混凝土矩形截面配筋梁正截面受彎的計(jì)算方法研究[D];北京交通大學(xué);2011年

5 王兆寧;活性粉末混凝土矩形截面配筋梁抗彎性能研究[D];北京交通大學(xué);2008年

6 陳彬;預(yù)應(yīng)力RPC梁抗剪性能研究[D];湖南大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2847730