【摘要】：盾構(gòu)隧道管片是隧道結(jié)構(gòu)的主要承力構(gòu)件,其自身的抗裂性、安全性和耐久性對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的整體性能至關(guān)重要。但傳統(tǒng)鋼筋混凝土管片體積大,在運(yùn)輸、安裝過程中容易發(fā)生局部的開裂和破損,引起鋼筋銹蝕等耐久性問題。纖維自密實(shí)混凝土結(jié)合了自密實(shí)混凝土的高工作性和高耐久性以及纖維混凝土的高抗裂性和高韌性等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用在盾構(gòu)隧道管片中可較好地解決管片的開裂和破損問題；同時(shí),鋼纖維可以部分替代縱筋,起到優(yōu)化配筋的作用。基于以上分析并結(jié)合國家自然基金資助項(xiàng)目“混雜纖維對(duì)管片的裂縫與力學(xué)性能的影響”(51078058),為推廣纖維自密實(shí)混凝土在盾構(gòu)隧道管片以及其他結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用,本文對(duì)纖維自密實(shí)混凝土的工作性、硬化后材料力學(xué)性能、與變形鋼筋及GFRP筋的粘結(jié)性能以及鋼筋纖維自密實(shí)混凝土簡支梁和對(duì)稱傾角梁的受彎性能展開了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。同時(shí),為深入研究纖維在鋼筋纖維混凝土梁受彎時(shí)的作用機(jī)理,提出了鋼筋纖維混凝土梁受彎承載力計(jì)算模型以及鋼筋纖維混凝土梁正常使用階段最大跨中撓度和最大裂縫寬度的計(jì)算模型。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)參照國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的工作性評(píng)價(jià)方法,對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C40和C60的纖維自密實(shí)混凝土的流動(dòng)性、間隙通過性和抗離析性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。同時(shí),對(duì)硬化后纖維自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和彎曲韌性進(jìn)行測(cè)試,得到滿足工作性和強(qiáng)度要求的纖維自密實(shí)混凝土配合比。(2)通過中心拉拔試驗(yàn),對(duì)變形鋼筋及GFRP筋與纖維自密實(shí)混凝土的粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。同時(shí),借鑒德國纖維混凝土規(guī)范(DBV)對(duì)彎曲韌性的評(píng)價(jià)方法,將能量吸收能力和等效粘結(jié)強(qiáng)度的概念引入到變形筋與纖維自密實(shí)混凝土粘結(jié)性能的分析中。研究結(jié)果表明,摻加鋼纖維可明顯提高鋼筋及GFRP筋與混凝土基體的粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)韌性,混摻鋼纖維與聚丙烯纖維對(duì)GFRP筋與混凝土基體的粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)韌性的改善作用表現(xiàn)出顯著的正混雜效應(yīng)。(3)對(duì)12根鋼筋纖維自密實(shí)混凝土簡支梁進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn),研究不同配筋率和不同纖維種類及摻量對(duì)試驗(yàn)梁的破壞形態(tài)、裂縫擴(kuò)展模式、荷載-跨中撓度曲線、荷載-縱筋應(yīng)變曲線以及跨中截面應(yīng)變分布的影響。研究結(jié)果表明,纖維可以明顯改善試件的破壞形態(tài)、有效降低試件的裂縫寬度和裂縫間距,而且可以顯著提高試件的受彎承載力,但纖維的作用隨配筋率的提高而減弱。在配筋率為0.44%的情況下,可用50 kg/m3鋼纖維替代等效質(zhì)量摻量為22 kg/m3的鋼筋,但在配筋率為0.96%的情況下,用50 kg/m3鋼纖維不能替代等效質(zhì)量摻量為15.6 kg/m3的鋼筋。(4)采用分層的截面分析方法,考慮纖維在開裂截面處的分布與應(yīng)力傳遞機(jī)理,推導(dǎo)了鋼筋纖維混凝土梁受彎承載力計(jì)算模型。為驗(yàn)證模型的合理性,采用該模型和不同規(guī)范中的4個(gè)模型對(duì)第4章鋼筋纖維自密實(shí)混凝土梁以及文獻(xiàn)中鋼筋纖維混凝土梁的受彎承載力進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,本模型對(duì)正常配筋率下鋼筋纖維混凝土梁受彎承載力的計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好,通過考慮鋼筋屈服后的硬化效應(yīng),可提高本模型對(duì)較低配筋率的鋼筋纖維混凝土梁受彎承載力的預(yù)測(cè)精度,因此本模型可用于鋼筋纖維混凝土梁受彎承載力的分析與設(shè)計(jì)。(5)基于面積距平衡并考慮受拉區(qū)開裂截面纖維對(duì)截面慣性矩的貢獻(xiàn),提出了鋼筋纖維混凝土梁正常使用階段最大跨中撓度的計(jì)算方法,其計(jì)算值與試驗(yàn)值吻合較好。同時(shí),基于粘結(jié)滑移理論,考慮纖維在開裂截面處的分布與應(yīng)力傳遞機(jī)理,建立了鋼筋纖維混凝土梁裂縫寬度計(jì)算模型,為驗(yàn)證模型的合理性,采用該模型和不同規(guī)范中的3個(gè)模型對(duì)第4章鋼筋纖維自密實(shí)混凝土梁以及文獻(xiàn)中鋼筋纖維混凝土梁的最大裂縫寬度進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,采用本章提出模型計(jì)算的最大裂縫寬度與試驗(yàn)值吻合較好,可用于鋼筋纖維混凝土梁正常使用階段最大裂縫寬度的分析與驗(yàn)算。(6)對(duì)8根鋼筋纖維自密實(shí)混凝土對(duì)稱傾角梁進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn),研究不同配筋率和不同纖維種類及摻量對(duì)傾角梁試件的破壞形態(tài)、裂縫擴(kuò)展模式、荷載-跨中撓度曲線、荷載-縱筋應(yīng)變曲線以及跨中截面應(yīng)變分布的影響。研究結(jié)果表明,試件均發(fā)生典型的彎曲破壞,纖維的摻入使傾角梁試件在破壞時(shí)的裂縫條數(shù)明顯增多,裂縫寬度和裂縫間距明顯減小。由于軸力的作用,傾角梁試件的開裂荷載、屈服荷載和極限荷載明顯高于相應(yīng)的簡支梁,但表現(xiàn)出一定的脆性,纖維的摻入可以明顯提高傾角梁試件極限荷載對(duì)應(yīng)的撓度,改善傾角梁試件的延性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U454

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本文編號(hào)：2245626