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原文传递高强轻集料钢筋混凝土梁抗弯力学性能试验研究

论文题名：	高强轻集料钢筋混凝土梁抗弯力学性能试验研究
关键词：	轻集料混凝土;次轻混凝土;混凝土桥梁;大跨桥梁结构;抗弯力学
摘要：	混凝土桥梁具有造价低廉、耐久性和适应性好，以及整体性强等优点。其不足之处就是结构本身自重较大。高强轻集料混凝土(HighStrengthLightWeightAggregateConcrete，简称HSLWAC)具有轻质高强、保温隔热、耐久性能好，以及抗震性强等优异性能，在大跨桥梁结构、高层建筑和海事工程中具有广阔的应用前景。同时它还是一种生态环保型建筑材料，随着可持续发展战略的贯彻实施，它的这种优势显得更加突出。已有的轻集料混凝土(LWAC)研究资料大都针对普通强度等级(LC40以下)的轻集料混凝土，不再适用于目前大跨度混凝土桥梁的承重结构。对高强轻集料混凝土构件力学特性的研究资料非常缺乏。这就大大阻碍了高强LWAC在我国桥梁工程的应用。国内对于次轻混凝土(SpecifiedDensityConcrete，简称SDC)构件的力学性能研究也尚未开展。针对这些问题，本文通过6根高强轻集料钢筋混凝土梁和4根次轻混凝土梁和1根普通混凝土(NormalWeightConcrete，简称NC)梁的抗弯力学试验，对其受弯力学特性开展研究，主要成果如下： 1.介绍目前国内外轻集料混凝土和次轻混凝土领域的研究现状，以及它们在大跨度桥梁工程应用情况和发展前景，总结国内外在轻集料混凝土构件和次轻混凝土构件的研究成果，对轻集料混凝土构件力学性能研究方面存在的一些问题进行分析，并提出了本课题的意义和研究内容。 2.通过11根试验梁的抗弯试验，对高强轻集料钢筋混凝土试验梁和高强次轻钢筋混凝土试验梁的抗弯承载力、挠度、延性、裂缝扩展、破坏特征几个方面进行分析，研究表明：高强LWAC梁在破坏前表现出来了较强的脆性。对于SDC梁和NC梁，受压区的混凝土也有相似的破坏特征，但是NC梁的劈裂深度小于高强LWAC试验梁；高强LWAC混凝土梁的挠度要略大于SDC梁和普通混凝土梁，而SDC试验梁的挠度与NC试验梁则相差不多；试验梁的延性随着配筋率和混凝土强度的增加而减小，纯弯段无腹筋的高强LWAC梁的挠度延性系数μf小于普通混凝土梁。 3.LWAC试验梁的开裂荷载(Ncr)占极限荷载(Nu)的比率为14.56﹪～38.15﹪，SDC试验梁的Ncr占Nu的比率为12.50﹪～33.85﹪。开裂荷载随着配筋率和混凝土强度的提高而略微增加。对于LWAC混凝土受弯构件，裂缝间距和裂缝宽度主要受配筋率、钢筋表面形状和钢筋直径的影响。在相同配筋率ρ和相同混凝土强度fcu的条件下，LWAC梁的裂缝分布比SDC梁、普通混凝土梁更加均匀，间距也更小，宽度更细。这说明，LWAC与钢筋之间的粘结较好，使得两者的变形更为同步、协调。 4.按规程(JGJ12-99)附录D取矩形截面的截面抵抗矩塑性系数取γ=1.75，计算得到高强LWAC矩形截面梁开裂弯矩的理论值比试验值明显偏大。对于高强轻集料钢筋混凝土矩形截面梁，建议截面抵抗矩塑性系数基本值取γm=1.50，而且应该计入截面高度的影响。按照公式(5-2)计算得到的开裂弯矩与试验值更为符合。 5.根据对试验数据分析和理论推导，本文总结出适用于高强LWAC梁的在短期荷载作用下的最大裂缝宽度和刚度的正常使用极限状态验算公式。它们既反映了高强LWAC受弯构件的特点，又与现行规程(JGJ12-99)中相关公式的计算模式相衔接，其计算结果与实测试验值吻合较好，可供高强LWAC梁的实际工程设计作参考。无论从桥梁工程技术的进步、材料科学的发展和可持续发展战略实施等各个角度来看，高强轻集料混凝土都已经成为了高强高性能混凝土一个重要的发展方向。它的研究应用将为混凝土大跨度桥梁提供新的发展空间。本文对高强轻集料混凝土梁和高强次轻混凝土梁在短期荷载下的抗弯力学特性开展了比较系统的研究和探讨，提出了适用于高强轻集料钢筋混凝土梁的抗裂度、裂缝宽度和刚度计算方法，为高强轻集料混凝土和次轻混凝土在大跨度桥梁工程中的推广应用提供了可靠的依据。
作者：	李鸥
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	刘沐宇;丁庆军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文