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钢-ECC组合梁高温后力学性能分析
| 论文题名： | 钢-ECC组合梁高温后力学性能分析 |
| 关键词： | 桥梁工程;钢-ECC组合梁;工程水泥基复合材料;高温环境;剩余承载力 |
| 摘要： | 钢-混组合梁负弯矩区混凝土开裂一直是困扰其发展的一大难题，为解决这一难题，多种新材料研究应用于桥面板。工程水泥基复合材料（Engineeredcementitiouscomposite，简称ECC）在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的特点，相较于超高性能混凝土（UHPC），ECC不仅具备UHPC的力学优势，又解决了其需求较高养护条件的问题。钢-ECC组合梁可有效解决负弯矩区混凝土开裂问题，提高结构延性。为研究钢-ECC组合梁高温耐久性，本文制作了5片钢-ECC组合梁，展开组合梁高温后试验分析，揭示了钢-ECC组合梁高温后的损伤特征，并对其剩余承载力进行评估计算。主要研究内容及结论如下： （1）高温后ECC损伤特征 开展高温后自然冷却和喷水冷却ECC材料力学性能试验，并结合扫描电镜观察其微观结构进行损伤机理分析。结果表明：①高温后ECC的力学特性整体呈现降低趋势，冷却方式对力学性能的影响存在显著差异。不同高温后ECC材料对冷却方式的敏感度也存在明显差异；②PVA纤维的熔化、纤维与基材之间连接的强弱、水化产物的状态等是造成冷却手段和温度不同时力学特性显著差异的原因。 （2）高温后钢材力学性能研究 对不同温度处理后自然冷却和喷水冷却的Q345及HR400钢材开展拉伸试验，探究高温及冷却方式对钢材力学性能的影响。结果表明：①400℃及以下高温对HRB400钢材力学能影响较小，不同冷却方式后HRB400钢材力学性能存在略微差异。②Q345钢材经过400℃及以下高温并冷却后，屈服强度随着温度的升高有增强趋势，极限抗拉强度随着温度的升高而降低，同时冷却方式对Q345钢材高温后力学性能有一定影响。 （3）高温后钢-ECC组合梁力学性能 对钢-ECC组合梁高温处理，测得组合梁内外部温度场，同时分析高温及不同冷却方式后组合梁损伤情况。对钢-ECC组合梁冷却后开展静载试验，揭示裂缝发展规律、计算剩余承载力，对高温及冷却后钢-ECC组合梁进行全过程分析。结果表明：①钢-ECC组合梁经过400℃高温后混凝土桥面板才出现明显裂缝损伤，且组合梁跨中出现略微上拱。高温产生的裂缝方向会影响整片梁的承载力；②钢-ECC组合梁高温冷却后塑性中和轴及承载力随着温度的升高呈现下降趋势。 （4）剩余承载力影响因素分析 结合钢-ECC组合梁承载力试验结果，采用有限元分析软件对不同升温曲线及不同高温作用位置的组合梁进行温度场模拟和承载力分析。结果表明：①当升温速率不同，最终钢-ECC组合梁最高温度达到一致时，升温曲线对组合梁承载力的影响较小；②高温从钢梁向上传递时较高温从混凝土桥面板向下传递对组合梁承载力影响更大。 |
| 作者： | 王广倩 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 武芳文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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