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原文传递轻质超高性能混凝土设计参数试验研究

论文题名：	轻质超高性能混凝土设计参数试验研究
关键词：	桥梁工程;轻质超高性能混凝土;纤维掺量;强度等级;标准值;设计值;抗弯极限承载力
摘要：	超高性能混凝土在桥梁工程中的应用越来越广泛，但由于其自重大，限制了桥梁的跨越能力，混凝土材料的高强轻质化研究是当前桥梁工程的研究热点和发展方向。本课题组研发的轻质超高性能混凝土（LightweightUltra-HighPerformanceConcrete，下文简称LUHPC）相比于普通高性能混凝土具有更高的强度（抗压强度≥100MPa,劈裂抗拉强度≥10MPa）和更小的自重（表观密度≤2100kg/m3）。鉴于我国现行桥梁规范中，以立方体抗压强度为指标对混凝土强度等级进行划分，并在保证结构安全性和可靠度的前提下，采用混凝土强度的设计值进行设计与验算，为了便于LUHPC在桥梁工程中的推广和应用，开展LUHPC材料性能的设计参数的研究，以获得不同等级下的LUHPC强度设计值是十分必要的。　　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，通过开展不同纤维掺量的LUHPC设计参数试验研究，划分了LUHPC的强度等级，获得相应等级下的强度标准值和设计值，并建立了LUHPC的拉压本构关系，提出了钢筋LUHPC梁抗弯极限承载力计算公式，经试验验证，计算结果较为准确。据此，通过LUHPC的强度设计值，可以得到承载力的设计值。研究成果为LUHPC材料在桥梁工程中应用提供了理论和试验依据。主要工作如下：　　（1）通过34组共306个LUHPC试件，开展了抗压强度、抗拉强度、劈裂强度、抗折强度、弹性模量和泊松比等关键设计参数的试验研究，获得了钢纤维掺量为0%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的LUHPC的立方体抗压强度标准值分别为64.7MPa、86.0MPa、101.9MPa、109.4MPa和115.7MPa，由此给出了相应的强度等级为LC60、LC85、LC100、LC105和LC115。确定了轴心抗压强度标准值和立方体强度标准值的关系系数为0.7。选取分项系数?=1.45，计算得到LUHPC轴心抗压强度设计值，通过狗骨头试件拉伸试验，经数理统计得到了LUHPC轴心抗拉强度标准值，计算得到轴心抗拉强度设计值。试验结果为LUHPC材料在桥梁工程中应用提供了设计参数。　　（2）进行了LUHPC棱柱体单轴抗压试验和狗骨头试件的单轴拉伸试验，获得了不同钢纤维掺量下LUHPC的拉压应力-应变试验曲线。分析了钢纤维掺量对LUHPC单轴受压、受拉应力-应变曲线的影响，提出了考虑纤维掺量的LUHPC单轴抗压和单轴受拉本构关系，为钢筋LUHPC梁的抗弯极限承载力的计算提供了分析依据。　　（3）同时考虑受拉区和受压区设置普通钢筋和预应力筋的情况，将受压区应力简化为三角形，受拉区简化为矩形，考虑钢纤维对受弯梁抗拉强度的影响系数βt，提出了钢筋LUHPC梁抗弯极限承载力计算公式。设计制作了5片钢筋LUHPC梁，开展抗弯性能试验，确定了影响系数βt的取值。结果表明：钢筋LUHPC梁抗弯极限承载力计算值和试验值比较吻合，说明了所提公式的准确性。据此，通过选取LUHPC强度设计值，即得到钢筋LUHPC梁抗弯承载力的设计值。
作者：	任寒冰
专业：	土木工程
导师：	曹玉贵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022