高強(qiáng)輕集料鋼筋混凝土梁抗彎力學(xué)性能試驗(yàn)研究.pdf

1、混凝土橋梁具有造價(jià)低廉、耐久性和適應(yīng)性好，以及整體性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其不足之處就是結(jié)構(gòu)本身自重較大。高強(qiáng)輕集料混凝土(HighStrengthLightWeightAggregateConcrete，簡稱HSLWAC)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、保溫隔熱、耐久性能好，以及抗震性強(qiáng)等優(yōu)異性能，在大跨橋梁結(jié)構(gòu)、高層建筑和海事工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)它還是一種生態(tài)環(huán)保型建筑材料，隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的貫徹實(shí)施，它的這種優(yōu)勢顯得更加突出。 已有的輕集料

2、混凝土(LWAC)研究資料大都針對普通強(qiáng)度等級(jí)(LC40以下)的輕集料混凝土，不再適用于目前大跨度混凝土橋梁的承重結(jié)構(gòu)。對高強(qiáng)輕集料混凝土構(gòu)件力學(xué)特性的研究資料非常缺乏。這就大大阻礙了高強(qiáng)LWAC在我國橋梁工程的應(yīng)用。國內(nèi)對于次輕混凝土(SpecifiedDensityConcrete，簡稱SDC)構(gòu)件的力學(xué)性能研究也尚未開展。針對這些問題，本文通過6根高強(qiáng)輕集料鋼筋混凝土梁和4根次輕混凝土梁和1根普通混凝土(NormalWeightC

3、oncrete，簡稱NC)梁的抗彎力學(xué)試驗(yàn)，對其受彎力學(xué)特性開展研究，主要成果如下： 1.介紹目前國內(nèi)外輕集料混凝土和次輕混凝土領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，以及它們在大跨度橋梁工程應(yīng)用情況和發(fā)展前景，總結(jié)國內(nèi)外在輕集料混凝土構(gòu)件和次輕混凝土構(gòu)件的研究成果，對輕集料混凝土構(gòu)件力學(xué)性能研究方面存在的一些問題進(jìn)行分析，并提出了本課題的意義和研究內(nèi)容。 2.通過11根試驗(yàn)梁的抗彎試驗(yàn)，對高強(qiáng)輕集料鋼筋混凝土試驗(yàn)梁和高強(qiáng)次輕鋼筋混凝土試驗(yàn)梁的

4、抗彎承載力、撓度、延性、裂縫擴(kuò)展、破壞特征幾個(gè)方面進(jìn)行分析，研究表明：高強(qiáng)LWAC梁在破壞前表現(xiàn)出來了較強(qiáng)的脆性。對于SDC梁和NC梁，受壓區(qū)的混凝土也有相似的破壞特征，但是NC梁的劈裂深度小于高強(qiáng)LWAC試驗(yàn)梁；高強(qiáng)LWAC混凝土梁的撓度要略大于SDC梁和普通混凝土梁，而SDC試驗(yàn)梁的撓度與NC試驗(yàn)梁則相差不多；試驗(yàn)梁的延性隨著配筋率和混凝土強(qiáng)度的增加而減小，純彎段無腹筋的高強(qiáng)LWAC梁的撓度延性系數(shù)μf小于普通混凝土梁。 3

5、.LWAC試驗(yàn)梁的開裂荷載(Ncr)占極限荷載(Nu)的比率為14.56﹪～38.15﹪，SDC試驗(yàn)梁的Ncr占Nu的比率為12.50﹪～33.85﹪。開裂荷載隨著配筋率和混凝土強(qiáng)度的提高而略微增加。對于LWAC混凝土受彎構(gòu)件，裂縫間距和裂縫寬度主要受配筋率、鋼筋表面形狀和鋼筋直徑的影響。在相同配筋率ρ和相同混凝土強(qiáng)度fcu的條件下，LWAC梁的裂縫分布比SDC梁、普通混凝土梁更加均勻，間距也更小，寬度更細(xì)。這說明，LWAC與鋼筋之間的

6、粘結(jié)較好，使得兩者的變形更為同步、協(xié)調(diào)。 4.按規(guī)程(JGJ12-99)附錄D取矩形截面的截面抵抗矩塑性系數(shù)取γ=1.75，計(jì)算得到高強(qiáng)LWAC矩形截面梁開裂彎矩的理論值比試驗(yàn)值明顯偏大。對于高強(qiáng)輕集料鋼筋混凝土矩形截面梁，建議截面抵抗矩塑性系數(shù)基本值取γm=1.50，而且應(yīng)該計(jì)入截面高度的影響。按照公式(5-2)計(jì)算得到的開裂彎矩與試驗(yàn)值更為符合。 5.根據(jù)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和理論推導(dǎo)，本文總結(jié)出適用于高強(qiáng)LWAC梁的在短

7、期荷載作用下的最大裂縫寬度和剛度的正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算公式。它們既反映了高強(qiáng)LWAC受彎構(gòu)件的特點(diǎn)，又與現(xiàn)行規(guī)程(JGJ12-99)中相關(guān)公式的計(jì)算模式相銜接，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)測試驗(yàn)值吻合較好，可供高強(qiáng)LWAC梁的實(shí)際工程設(shè)計(jì)作參考。 無論從橋梁工程技術(shù)的進(jìn)步、材料科學(xué)的發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施等各個(gè)角度來看，高強(qiáng)輕集料混凝土都已經(jīng)成為了高強(qiáng)高性能混凝土一個(gè)重要的發(fā)展方向。它的研究應(yīng)用將為混凝土大跨度橋梁提供新的發(fā)展空間。本文對高