RPC-NC组合截面梁收缩徐变变形差对梁体性能的影响分析

摘要

活性粉末混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)是一种具有高强度、高韧性、高耐久性的超高性能混凝土材料，能有效地克服目前普通混凝土结构中存在的问题。但由于RPC的基本配制和普通混凝土不同，造成了它对各组分及生产过程的要求较高，硅粉的掺入、高效减水剂和钢纤维的使用以及较高的成型和养护条件，都提高了RPC的生产成本，故本文提出采用普通混凝土NC和活性粉末混凝土RPC的组合构件，即在受拉区使用活性粉末混凝土，在受压区二次浇注普通混凝土，从而充分利用两种材料的材料特性。
　　在RPC和普通混凝土粘结完好的情况下，这种因先后浇筑时间差和材性差别引起的二者变形差，必使构件产生截面应力重分布和结构内力重分布，影响结构的变形、裂缝的出现和发展等使用性能，甚至影响极限承载力。针对这种情况，本文进行了以下研究并得到相关的结论:
　　1.通过对常应力和变应力作用下混凝土应变组成的分析，探讨了利用初应变法来计算混凝土徐变效应，推导出应变增量公式。
　　2.举例计算了单向中心受压构件徐变效应的应力，由计算结果可知，徐变使得单向中心受压构件中混凝土应力减小，钢筋应力增大，表示混凝土所承担的应力转移到钢筋上，实际工程中，验算钢筋应力时应该加以注意。
　　3.进行了对13个不同的叠合梁的基于截面的全过程分析，分析对比了各条曲线，研究结果表明，(1)RPC-NC叠合梁的极限抗弯强度与NC整浇梁的极限荷载相等，应用常用的等效矩形应力图法计算叠合梁的极限抗弯强度，结果与数值计算偏差很小，故利用原有梁构件抗弯强度公式，计算叠合梁的极限抗弯强度是可行的。(2)预制RPC构件的存在仅为提高了整体截面的开裂弯矩，提高程度约为4～5倍。开裂形态既有始于叠合面以上普通混凝土受拉破坏，又有始于叠合梁底部RPC受拉破坏两种，为了更好地利用RPC的耐久性及抗拉强度，建议使用约为全梁高度一半作为预制RPC构件的高度。
　　4.将规范给出的徐变系数进行最小二乘法拟合，拟合成三项指数式，结果表明，三项指数式与多系数乘积式契合度良好。
　　5.通过对叠合梁考虑收缩、或考虑徐变以及同时考虑徐变与收缩三种情况下的应力分析，研究结果表明，徐变和收缩对于受拉区活性粉末混凝土和受拉钢筋的应力影响较大，使二者的应力都有不同程度上的增加，在设计和验算时候要尤为注意。
　　6.通过叠合梁收缩徐变效应的长期挠度、长期刚度和开裂弯矩的计算，结合普通梁的计算结果，研究结果表明，(1)叠合梁的短期刚度要大于普通混凝土梁，短期挠度小于普通混凝土梁，但是上下叠合截面不同的收缩徐变特性，导致它的长期挠度增大系数要大于普通混凝土梁，其值接近大20％，虽然如此，叠合梁的最终挠度还是小于普通土梁。(2)收缩徐变能使叠合梁的开裂弯矩减小，但是减小的最终开裂弯矩值仍然大于普通混凝土梁的开裂弯矩，这也从侧面保证了新型叠合梁能够有效地提高开裂弯矩。
　　7.通过影响收缩徐变的因素进行对比分析，结果表明，RPC高度、混凝土等级以及配筋率对于收缩徐变都有着不同程度的影响。RPC高度越高，混凝土强度等级越高，配筋率越高，最终的挠度越小，长期挠度发展增大系数也越小。RPC高度和混凝土强度对于收缩徐变的发展影响较大，在设计中要尤为注意。
　　8.对设计中长期挠度预测方法进行优化，提出多参数修正系数法，对各影响因子作多元线性回归，推导得到各系数表达式，其预测结果与模型实际结果相近。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和研究意义

1．2 RPC材料特性和研究现状

1．2．1 RPC的材料性能

1．2．2 RPC的研究及应用现状

1．3 RPC组合结构的研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 收缩和徐变的基本理论与计算方法

2．1 收缩的基本概念

2．2 混凝土收缩的估算计算模型

2．3 徐变的基本概念

2．4 混凝土徐变的估算计算模型

2．5 收缩和徐变的计算方法

2．5．1 常应力和变应力作用下混凝土的应变

2．5．2 徐变计算的初应变法

2．5．3 应变增量解法公式推导

2．5．4 收缩的计算方法

2．5．5 中心受压构件徐变效应的的应力计算

2．6 活性粉末混凝土的收缩和徐变

2．7 本章小结

第三章 活性粉末混凝土普通混凝土叠合梁受弯性能研究

3．1 研究思路

3．2 模型梁设计

3．2．1 模型梁尺寸

3．2．2 叠合梁界限相对受压区高度修正

3．2．3 强度计算

3．2．4 开裂时内力图和开裂弯矩计算

3．3 叠合梁受弯全过程分析

3．3．1 基本假定

3．3．2 材料的本构关系

3．3．3 弯矩-曲率计算原理及程序设计

3．3．4 弯矩-曲率关系图分析

3．3．5 不同配筋和RPC高度叠合梁弯矩-曲率关系图对比分析

3．4 本章小结

第四章 考虑收缩徐变效应的叠合梁ABAQUS有限元分析

4．1 研究思路

4．2 ABAQUS介绍

4．2．1 概述

4．2．2 用户子程序接口

4．3 中心受压构件考虑徐变的的应力计算(ABAQUS验证)

4．4 叠合梁徐变收缩效应分析研究

4．4．1 徐变度及徐变系数指数函数拟合

4．4．2 子程序编制思路及相关讨论

4．4．3 徐变收缩应力分析

4．4．4 叠合梁长期挠度分析

4．4．5 叠合梁长期刚度分析

4．4．6 叠合梁开裂弯矩分析

4．5 本章小结

第五章 叠合梁收缩徐变影响因素研究

5．1 影响叠合梁长期挠度的因素对比分析

5．1．1 活性粉末混凝土高度变化

5．1．2 混凝土强度等级变化

5．1．3 配筋率影响情况

5．2 设计中叠合梁长期变形预测方法优化应用

5．2．1 长期变形预测优化方法

5．2．2 多参数修正系数法初步探讨

5．2．3 应用实例试算验证

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要研究结论

6．2 进一步研究内容

参考文献

作者简介

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