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原文传递预应力轻质超高性能混凝土(LUHPC)梁抗弯性能试验研究

论文题名：	预应力轻质超高性能混凝土(LUHPC)梁抗弯性能试验研究
关键词：	预制拼装桥梁;预应力轻质超高性能混凝土梁;配筋率;抗弯性能;极限承载力
摘要：	混凝土桥梁结构的自重荷载占整个设计荷载比重很大，混凝土桥梁的轻质化是桥梁工程的研究热点。本文设计制备了轻质超高性能混凝土（Lightweight Ultra-High Performance Concrete，缩写LUHPC），它的基本力学性能为：抗压强度≥100MPa，劈裂强度≥10MPa，密度≤2100kg/m3。LUHPC作为一种新材料，为了将其在应用于桥梁工程，开展预应力LUHPC梁抗弯性能试验是十分必要的。　　本文以湖北省技术创新专项（重大项目）“轻质超高性能混凝土开发应用及其在预制拼装桥梁工程中的应用（2018AAA-001）”为依托，设计制作了9根预应力LUHPC梁，通过改变非预应力受拉钢筋和受压钢筋配筋率、预应力大小以及LUHPC的钢纤维掺量等参数，对其进行抗弯性能试验，研究各种参数对预应力LUHPC梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、延性、抗弯刚度、开裂弯矩和极限承载力的影响规律。根据测试结果，将预应力LUHPC梁受压区应力图式假设为三角形分布，并考虑受拉区混凝土拉应力贡献，推导了预应力LUHPC梁抗弯极限承载力计算公式，完成的主要工作如下：　　1)设计制备了一组轻质超高性能混凝土(LUHPC)，钢纤维含量分别为2.0%、2.5%和3.0%，相应的28d立方体抗压强度分别为110.8MPa、112.6MPa和119.6MPa；劈裂强度分别为10.05MPa、11.86MPa和13.00MPa；弹性模量分别为3.70MPa、3.78MPa和3.81MPa，为试验提供了新材料。　　2)设计制作了9根预应力LUHPC梁，试验梁的宽高长为150mm×250mm×2000mm，计算跨径1800mm。试验参数：非预应力受拉钢筋配筋率0.46%、0.91%和1.20%；受压钢筋配筋率0.17%、0.30%和0.47%；采用抗拉强度标准值为1860MPa的?15.2低松弛钢绞线作为试验梁的预应力筋，数量分别为1根、2根和3根，相应的预应力大小为169kN、338kN和507kN；钢纤维掺量三种2.0%、2.5%和3.0%。研究各种参数对预应力LUHPC梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、延性、抗弯刚度、开裂弯矩和极限承载力的影响规律。　　3)试验表明：当非预应力受拉钢筋配筋率由0.46%增加到1.20%，试验梁承载力提高48%，延性系数增加65.46%；当受压钢筋配筋率由0.17%增加到0.47%，试验梁的承载力变化在1%内，延性系数减少44.66%；当预应力大小由169kN增加到507kN，试验梁极限承载力提高46%，延性系数减少80.1%；当钢纤维掺量由2.0%增加到3.0%，试验梁的承载力提高9%，延性系数增加102.5%。由此可知：随着非预应力受拉钢筋配筋率、预应力、受压钢筋配筋率和钢纤维掺量的增加，试验梁的抗弯承载力相应增加，当预应力和受压钢筋配筋率增加时，相应的试验梁的延性随之降低。　　4)根据测试结果，当试验梁达到极限荷载时，受压区混凝土压应变为2800με，小于LUHPC的峰值压应变3200με，据此将预应力LUHPC梁受压区应力图式假设为三角形分布，并考虑受拉区混凝土拉应力贡献，受拉区混凝土拉应力分布为矩形分布，建议应力均匀分布折减系数k取0.3，推导了预应力LUHPC梁抗弯极限承载力计算公式，试验值与计算值平均误差0.28%，变异系数为0.028，此公式可用于预应力LUHPC梁抗弯承载力计算。
作者：	邱儆
专业：	土木工程
导师：	刘沐宇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021