鋼纖維高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土

超高強(qiáng)混凝土材料致密的微觀結(jié)構(gòu)使其具有高強(qiáng)度和高耐久性特征，適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨度、重載、超高層發(fā)展和承受惡劣環(huán)境作用的需要。然而由于超高強(qiáng)混凝土抗拉性能及早期收縮過大等的不足，對于構(gòu)件剪切脆性破壞及由于原始損傷引起的有害離子入侵，都會(huì)產(chǎn)生不利影響，高強(qiáng)高模量PVA纖維摻入有利于提高超高強(qiáng)混凝土構(gòu)件抵抗脆性破壞的能力，同時(shí)能夠控制裂縫的開展及裂縫分布模式，也為構(gòu)件的耐久性提高提供了有利條件。本研究以抗壓強(qiáng)度為80MPa～150MPa的高強(qiáng)高模量PVA超高強(qiáng)混凝土構(gòu)件為對象，通過材料及構(gòu)件試驗(yàn)研究，分析構(gòu)件穩(wěn)態(tài)多裂縫破壞模式及早齡期自收縮時(shí)變特性；考慮材料微觀界面性能及構(gòu)件宏觀破壞特征，結(jié)合斷裂力學(xué)方法闡明構(gòu)件剪切傳遞規(guī)律，建立構(gòu)件彎剪計(jì)算模型；基于氯鹽條件下抗力衰減的定量分析，構(gòu)建腐蝕環(huán)境下超高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的彎剪設(shè)計(jì)方法，為PVA超高強(qiáng)混凝土的工程實(shí)際應(yīng)用提供理論與實(shí)驗(yàn)支撐。

為構(gòu)筑PVA纖維超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能分析模型，更加合理地評估剪跨比、纖維摻量等因素對集中荷載作用下PVA纖維超高強(qiáng)混凝土無腹筋彎剪構(gòu)件的影響，最終為實(shí)現(xiàn)在腐蝕環(huán)境下，以性能與可靠度為基礎(chǔ)的PVA超高強(qiáng)混凝土彎剪構(gòu)件設(shè)計(jì)，本研究主要工作如下： (1)PVA纖維超高強(qiáng)混凝土基本力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)研究 通過對強(qiáng)度等級(jí)為C80、C100、C120混凝土在不同纖維體積摻量（0.0%~2.0%）以及不同齡期（7天~208天）條件下的立方體抗壓強(qiáng)度測試，研究了隨著體積摻量的增加，纖維對超高強(qiáng)混凝土脆性破壞特征的影響，以及隨著齡期的增長，強(qiáng)度的變化規(guī)律。 (2)PVA纖維超高強(qiáng)混凝土耐久性實(shí)驗(yàn)研究 通過對混凝土立方體抗壓強(qiáng)度等級(jí)分別為：80MPa、100MPa、120MPa，PVA纖維體積摻量分別為：0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的PVA纖維超高強(qiáng)混凝土試塊進(jìn)行7%的Na2SO4干濕循環(huán)侵蝕試驗(yàn)及快速氯離子滲透試驗(yàn)，加速模擬超高強(qiáng)混凝土在濱海腐蝕及氯鹽侵蝕環(huán)境下的抗力衰變規(guī)律、抗?jié)B性能隨齡期、強(qiáng)度、纖維摻量的變化規(guī)律。 (3)集中荷載作用下PVA纖維超高強(qiáng)混凝土無腹筋梁彎剪實(shí)驗(yàn)研究 通過對40根強(qiáng)度等級(jí)為100MPa的實(shí)際大梁試驗(yàn)，研究了剪跨比（λ=2.5、λ=3.0、λ=3.5、λ=4.0）、PVA纖維體積摻量（Vf=0.0%、Vf=0.5%、Vf=1.0%、Vf=1.5%、Vf=2.0%）對超高強(qiáng)混凝土彎剪構(gòu)件剪切破壞模式遷移規(guī)律、受剪承載力及韌性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著PVA纖維體積摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度有小幅的降低，但對受剪承載力及破壞韌性性能具有明顯的增強(qiáng)效果。 (4)PVA纖維超高強(qiáng)混凝土無腹筋梁受剪承載力計(jì)算分析 在對40根100MPa及120MPa實(shí)驗(yàn)梁分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合文獻(xiàn)中搜集的33根超高強(qiáng)混凝土梁及20根120MPa的PVA纖維超高強(qiáng)混凝土梁剪切實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于ACI、GB、JSCE、CEB規(guī)范現(xiàn)行計(jì)算方式，對集中荷載作用下PVA纖維超高強(qiáng)混凝土無腹筋梁受剪承載力進(jìn)行了比較研究，證實(shí)了現(xiàn)行規(guī)范適用范圍的局限性。最后，文章在各規(guī)范形式不變的基礎(chǔ)上，對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了修正，使其更好地反映了剪跨比、纖維摻量等抗剪因子對PVA纖維超高強(qiáng)混凝土無腹筋梁受剪承載力的影響。 2100433B

隨著現(xiàn)代建筑向高層、大跨方向發(fā)展，柱承受的豎向荷載增大，采用型鋼與超高強(qiáng)混凝土(C100級(jí))組合柱解決這一問題。超高強(qiáng)混凝土突出的弱點(diǎn)是力學(xué)性能呈現(xiàn)出顯著的脆性，因此型鋼超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)與型鋼混凝土結(jié)構(gòu)在力學(xué)行為必然顯著不同，尤其抗震延性方面差異較大。歷次國內(nèi)外震害調(diào)查表明，柱及梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的震害情況往往比其它構(gòu)件破壞嚴(yán)重，柱和節(jié)點(diǎn)的延性是建筑物在大震下能否倒塌的關(guān)鍵之一。現(xiàn)行《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 138-2001)適用于混凝土強(qiáng)度C60級(jí)以下，不適用于型鋼超高強(qiáng)混凝土組合結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外對型鋼超高強(qiáng)混凝土組合柱與節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究較少，因此，進(jìn)行型鋼超高強(qiáng)混凝土組合柱與節(jié)點(diǎn)抗震性能研究是非常必要的。本課題主要研究內(nèi)容為型鋼超高強(qiáng)混凝土組合柱與節(jié)點(diǎn)的破壞機(jī)理和抗震性能。 2100433B