大剪跨比配筋超高韧性水泥基复合材料梁的受剪性能

摘要

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)是一种新型的高性能短纤维增强水泥基复合材料，拉伸荷载作用下UHTCC表现出明显的应变硬化特征，在大变形下具有高抗拉强度及优异的裂缝控制能力，能极大地提高混凝土构件的耐久性和延性，应用前景十分广泛。目前，对UHTCC的各种基本力学性能和材料在结构构件中的应用已开展了一些研究，但缺少UHTCC梁式受弯构件抗剪性能的试验研究，抗剪承载力计算公式尚不完善。基于此，本文开展了大剪跨比钢筋增强超高韧性水泥基复合材料简支梁的斜截面受剪试验，研究了其抗剪性能，具体包括以下内容:
　　(1)采用跨中集中加载的加载形式对无腹筋钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁和配箍率分别为0、0.226％、0.316％、0.395％的钢筋混凝土梁(RC)粱进行了受剪试验。结果表明，使用UHTCC能够显著改善梁的抗剪性能，提高梁的承载能力、控裂能力和耗能能力。同时进一步证明了UHTCC替代钢筋混凝土中箍筋的可行性，就本试验设计的受弯梁，UHTCC材料本身的抗剪作用至少可以取代RC梁中0.395％配箍率的箍筋。
　　(2)开展了跨中集中加载下大剪跨比有腹筋RUHTCC梁的抗剪试验，从破坏模式、开裂形态、抗剪初裂荷载、极限抗剪承载力、荷载-变形行为以及抗剪延性等方面研究了配箍率、剪跨比和纤维掺量对RUHTCC梁抗剪性能的影响。发现:RUHTCC梁的极限抗剪承载力基本上是RC对比梁的1.4倍以上，降低剪跨比、提高配箍率或者增大纤维掺量能提高梁的极限抗剪承载力，但由于箍筋对UHTCC的约束作用致使其抗剪能力无法充分发挥，增大配箍率对梁抗剪承载力的提高程度有限。配箍率、剪跨比和纤维掺量对RUHTCC梁的剪切开裂荷载和梁斜裂缝宽度的发展几乎没有影响，所有RUHTCC梁斜截面开裂演变过程平稳且裂缝细密，在正常使用极限状态下最大斜裂缝宽度均小于0.2mm。配置箍筋或增大剪跨比能够改善梁的剪切延性，增大纤维掺量并不能始终提高梁的剪切延性。
　　(3)基于本文试验数据和相关文献，本文对大剪跨比有腹筋RUHTCC梁的极限抗剪强度进行了回归分析，利用分离式模型，对基体材料、箍筋和纤维的抗剪贡献分别分析并叠加，再考虑箍筋和UHTCC联合抗剪时的折减效应，最后建立了经验计算公式，与试验结果基本吻合。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 高性能纤维增强水泥基材料的产生和相关研究

1．3 超高韧性水泥基复合材料的力学和抗震性能

1．3．1 UHTCC的直接拉伸性能

1．3．2 UHTCC的单轴压缩性能

1．3．3 UHTCC的弯曲性能

1．3．4 UHTCC的抗剪性能

1．3．5 UHTCC的抗震性能

1．4 UHTCC在实际工程中的应用

1．5 本文主要研究的内容

2 采用UHTCC替代大剪跨比RC简支梁抗剪箍筋的试验研究

2．1 引言

2．2 试验概况

2．2．1 试件形式

2．2．2 材料性能与试件浇筑

2．2．3 加载装置及测量方案

2．3 试验结果及讨论

2．3．1 破坏模式

2．3．2 裂缝形态

2．3．3 荷载-挠度曲线

2．3．4 剪切开裂荷载

2．3．5 极限剪切荷载

2．3．6 最小配箍率

2．3．7 剪切延性

2．4 本章小结

3 大剪跨比有腹筋RUHTCC梁抗剪性能的试验研究

3．1 引言

3．2 试验概况

3．2．1 试件形式

3．2．2 材料性能与试件浇筑

3．2．3 加载装置及测量方案

3．3 试验结果及讨论

3．3．1 破坏模式

3．3．2 裂缝形态

3．3．3 荷载-挠度曲线

3．3．4 剪切开裂荷载

3．3．5 极限抗剪承载力

3．3．6 剪切延性

3．4 本章小结

4 RUHTCC梁抗剪承载力的理论分析

4．1 引言

4．2 UHTCC材料中纤维的抗剪贡献

4．3 钢纤维极限剪切强度的计算公式

4．4 本章小结

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢