复合钢筋混凝土新结构的裂纹分布规律及机理分析研究

摘要

课题组基于断裂力学的基本原理，提出了一种外粘贴阻裂增强层的复合钢筋混凝土新结构，并进行了大量的实验研究和理论分析。新结构与普通钢筋混凝土结构相比，有较好的抗裂性能、承载能力明显提高、刚度和延展性也有明显的改善。 在前期研究的基础上，课题组进一步提出了“放、阻”结合与“放、阻、抗”结合的新结构设计思想，是对新结构设计理论在设计方法上的一次创新。新的设计思想的关键是裂缝控制策略。本文基于这一点，从裂缝控制的角度对新结构的性能进行全新的阐释，并对裂缝控制策略进行了比较。论文还对新结构的界面裂纹和界面剥离现象进行了分析研究，并整理推导出了预测新结构界面剥离荷载的经验模型和公式。另外，从界面协调的角度研究了“后张法”的预应力混凝土中的“套管效应”--套管对混凝土开裂的影响。 研究表明，“放”、“阻”、“抗”结合的新结构在裂纹控制方面效果显著，结构力学性能优良。新结构预测界面剥离荷载的经验模型和公式与试验结果吻合良好。“套管”产生的多个界面问题对结构的裂纹控制影响较大，揭示了预应力混凝土结构不允许开裂的基本原因。 本文得到国家自然科学基金项目“基于断裂力学原理的钢筋混凝土复合新结构设计理论研究”和重庆市教委科技项目“基于破坏力学原理的桥梁损伤机理与维护加固技术”的资助。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1钢筋混凝土结构中的裂纹

1.1.1裂纹产生的原因

1.1.2裂纹产生的危害

1.1.3裂纹研究的现状及意义

1.2钢筋混凝土结构的破坏过程和裂纹发展的关系

1.2.1混凝土结构中裂纹存在的必然性

1.2.2钢筋混凝土结构的破坏过程和裂纹发展的关系

1.3基于断裂力学的复合钢筋混凝土新结构的优良性能

1.3.1复合钢筋混凝土新结构的提出

1.3.2复合钢筋混凝土新结构的优良力学性能

1.3.3复合钢筋混凝土新结构对裂纹开展及分布的改善

1.4本文的主要内容和意义

第二章基于断裂力学的复合钢筋混凝土新结构裂纹改善机理

2.1断裂力学的基本原理

2.2复合钢筋混凝土新结构的裂纹改善机理

2.2.1断裂力学的阻裂机理

2.2.2材料复合效应机理

2.3钢筋混凝土结构破坏过程的断裂力学分析

2.3.1钢筋混凝土中裂纹的扩展状况

2.3.2裂纹的发展与结构宏观性能的关系

第三章复合钢筋混凝土新结构的实验设计

3.1本次实验研究的主要内容和目的

3.2实验梁的尺寸及制作与编号

3.2.1实验梁的尺寸与构造

3.2.2实验梁的制作与编号

3.3材料性能指标

3.3.1混凝土性能指标

3.3.2玻璃钢阻裂增强层材料性能指标

3.3.3钢筋材料性能指标

3.4实验方案

3.4.1加载方案

3.4.2数据采集的内容

3.4.3实验步骤

3.5裂纹观测采用的设备和方法

3.5.1裂纹观测的仪器和设备

3.5.2裂纹观测的方法

第四章复合钢筋混凝土新结构裂纹分析

4.1复合钢筋混凝土新结构的裂纹控制策略

4.2新结构抗裂性能分析

4.2.1新结构开裂荷载

4.2.2新结构裂纹分布规律

4.2.3裂纹的高度增长规律

4.2.4裂纹宽度规律

4.2.5正常使用裂纹控制指标下的新结构的性能

4.3载荷-位移曲线分析

4.4小结

第五章“放、阻”结合与“放、阻、抗”结合的复合钢筋混凝土新结构裂纹分析

5.1复合钢筋混凝土新结构的裂纹控制策略

5.1.1“阻”

5.1.2“放”

5.1.3“抗”

5.2“放、阻”结合的新结构裂纹规律

5.2.1“放、阻”结合新结构实验加载程序

5.2.2不同加载阶段下试件的裂纹开展及分布情况

5.3“放、阻、抗”结合的新结构裂纹规律

5.3.1“放、阻、抗”结合的新结构实验加载程序

5.3.2不同加载阶段下试件的裂纹开展及分布情况

5.4载荷-位移曲线分析

5.5小结

第六章界面裂纹与界面剥离

6.1界面裂纹

6.2界面裂纹引起的界面剥离

6.2.1界面剥离的形式

6.2.2界面剥离的影响因素

6.3界面剥离模型分析

6.3.1界面剥离机理分析

6.3.2预测界面剥离荷载的模型分析

6.3.3新结构预测界面剥离荷载的经验公式及计算结果

第七章预应力混凝土中波纹管产生的界面问题对裂纹的影响

7.1预应力混凝土简介

7.1.1预加应力的方法

7.1.2“套管”产生的界面问题

7.2实验研究

7.2.1实验目的

7.2.2实验方案

7.3实验结果与分析

7.3.1裂纹开展情况

7.3.2荷载-位移曲线分析

7.4小结

结论

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间参与的科研项目及发表的论文