钢纤维轻骨料混凝土性能与叠浇梁受弯性能研究

【摘要】轻骨料混凝土具有轻质、高强、抗震性能和耐久性能好等优点，越来越多地被应用于土木工程中。在轻骨料混凝土中掺入钢纤维配制的钢纤维轻骨料混凝土(简称SFRLC)，不仅具有轻骨料混凝土的各种优点，而且能显著提高轻骨料混凝土的抗拉、抗裂性能和韧性，改善混凝土结构的延性、抗疲劳性能和耐久性能。因此，开展钢纤维轻骨料混凝土材料与构件性能试验与理论研究具有重要的应用价值与理论意义。为充分利用钢纤维轻骨料混凝土和普通混凝土的优点，作者提出了一种新型结构形式：在下部一定高度的钢纤维轻骨料混凝土上同期现浇普通混凝土组成的叠浇梁。本文采用不同配合比方法进行钢纤维轻骨料混凝土配合比设计，通过系列试验研究了不同参数对钢纤维轻骨料混凝土基本性能的影响，对所提出的新型钢纤维轻骨料混凝土叠浇梁（简称SFRLCB）开展了系统试验研究和理论分析，所完成的主要工作和取得的结论：（1）采用松散体积法对钢纤维机制砂轻混凝土和钢纤维全轻混凝土(简称SFRFLC)进行配合比设计，系统研究了水灰比、水泥用量、砂率及钢纤维体积率等参数对混凝土性能的影响。结果表明：机制砂轻混凝土的抗压强度及弹性模量、劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度均随水灰比的增大而减小，但抗弯强度受水灰比的影响不明显；当水泥用量较高时，砂率对混凝土轴心抗拉强度和抗弯强度的影响较小；当水泥用量较低时，混凝土的轴心抗拉强度和抗弯强度受砂率和水泥用量的关联影响，砂率对混凝土劈裂抗拉强度的影响不明显。全轻混凝土的强度受砂率、水灰比及水泥用量的关联影响，其强度值主要取决于水泥砂浆及陶粒强度的强弱；存在使混凝土各强度指标达到最佳值的水泥用量、水灰比及砂率。掺加钢纤维显著增强了机制砂轻混凝土的劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度，明显提高了全轻混凝土的抗弯强度。（2）采用考虑钢纤维裹浆厚度的直接设计方法进行高强钢纤维全轻混凝土配合比设计，系统研究了钢纤维体积率、水灰比、钢纤维裹浆厚度及砂率对高强钢纤维全轻混凝土性能的影响。结果表明：按考虑裹浆厚度的直接设计方法配制的高强钢纤维全轻混凝土，能满足拌合物工作性能、干表观密度和强度的要求。随着钢纤维体积率的增加，高强钢纤维全轻混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度和轴心抗拉强度均有所提高，劈裂抗拉强度显著提高。经综合分析，确定钢纤维全轻混凝土最佳钢纤维裹浆厚度为1.0mm。（3）对试验中采用不同配合比方法的钢纤维轻骨料混凝土的劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度的关系进行了分析研究，结果表明：该类轻骨料混凝土劈裂抗拉强度与轴心抗拉强度的比值随轻骨料性质和钢纤维特征含量的变化而变化，建议轻骨料混凝土和钢纤维轻骨料混凝土抗拉强度采用轴心抗拉强度法测定。（4）考虑水泥用量、水灰比及钢纤维体积率变化，进行了钢纤维全轻混凝土抗冻性能试验研究。结果表明：钢纤维全轻混凝土的抗冻性能受水泥用量及水灰比的影响，掺入钢纤维可显著提高全轻混凝土的抗冻性能。与相对动弹性模量相比，抗弯强度损失率对冻融循环更为敏感。建议对承受弯曲作用为主的钢纤维轻骨料混凝土构件，采用抗弯强度损失率作为抗冻性能的1个评价指标。（5）系统进行了42根钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁、12根钢筋混凝土梁和4根钢筋钢纤维全轻混凝土梁的受弯性能试验。结果表明：3类试验梁的破坏形态基本相似，均为适筋破坏；钢纤维掺量、叠浇高度对试验梁极限承载力具有较大影响，且变化规律与配筋率相关；纵筋配筋率显著影响试验梁的极限承载力，受压区混凝土强度等级对叠浇梁的极限承载力影响较小。根据理论分析和试验结果，建立了钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁受弯承载力的计算模型和计算方法，提出了叠浇梁钢纤维全轻混凝土最小高度和最佳高度计算公式。（6）结合试验梁的研究成果，分析了钢纤维体积率、普通混凝土强度等级、纵向受拉钢筋配筋率和钢纤维全轻混凝土截面高度等参数对叠浇梁正截面抗裂弯矩的影响规律。结果表明：叠浇梁受压区混凝土与受拉区钢纤维全轻混凝土的截面高度存在较优值，受压区高强混凝土保障了叠浇梁正截面的较高抗裂弯矩；适当的纵向受拉钢筋配筋率有利于提高叠浇梁的正截面抗裂弯矩；钢纤维对叠浇梁正截面抗裂弯矩的提高与其对全轻混凝土抗拉强度的提高是一致的。结合理论计算分析，提出了钢筋钢纤维全轻混凝土叠浇梁正截面抗裂计算方法以及充分发挥钢纤维全轻混凝土抗拉能力的截面高度计算公式。（7）根据叠浇梁在正常使用荷载作用下的裂缝分布情况，明确了叠浇梁裂缝分类统计原则，进行了各类裂缝数量、平均裂缝间距、平均裂缝宽度及最大裂缝宽度分布规律的统计分析，建立了叠浇梁纵向受力钢筋重心水平位置处平均裂缝间距、平均裂缝宽度和最大裂缝宽度的计算模型和计算方法。
【作者】李长永；
【导师】陈淮；
【作者基本信息】郑州大学，结构工程，2014，博士
【关键词】钢纤维轻骨料混凝土；拌合物性能；力学性能；抗冻性能；叠浇梁；受弯承载力；抗裂弯矩；裂缝；

【参考文献】
[1]类延涛.《易传》道论研究[D].山东师范大学,中国哲学,2013,硕士.
[2]张丹.世界气候变化大会议定书的批判话语分析[D].杭州电子科技大学,英语语言文学,2012,硕士.
[3]刘金沅.锚链腐蚀磨损累积损伤评估方法研究[D].大连理工大学,船舶与海洋结构物设计制造,2013,硕士.
[4]范钦爱.意大利铁路线路大修[J].上海铁道科技.2001(04)
[5]邓帅奇.全空间弹性波场数值模拟与逆时偏移成像方法研究[D].中国矿业大学,2012.
[6]王亮.变电站辅助设备监控系统的开发与应用[D].解放军信息工程大学,软件工程,2012,硕士.
[7]林振智,文福拴,薛禹胜,周浩.智能电网黑启动群体决策的可靠性分析[J].电力系统自动化,2010,09:17-22.
[8]顾宗慧.微型轴承套圈沟道银膜厚度的测量[J].轴承.1991(06)
[9]梁姗姗.义务教育教师的发展性评价素养研究[D].西南大学,课程与教学论,2013,硕士.
[10]丁鹤.民营DH医院发展对策研究[D].安徽大学,工商管理,2013,硕士.
[11]佟宝玲.考虑多状态性的风电机组主传动链可用度分析[D].兰州理工大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[12]常青.文本挖掘挖掘知识[J].中国计算机用户,2004,24:49-50.
[13]韩朔.JG集团公司技术员工绩效考核设计研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[14]王志强,刘文霞.应用图论分析阻波器拆除对高频保护通道影响[J].电力系统自动化,2006,24:57-61.
[15]宋海涛.木马攻击防范理论与技术研究[D].南京师范大学,2004.
[16]王绍伟.内蒙古PVC行业汞污染现状调查与防治研究[D].内蒙古师范大学,环境科学,2012,硕士.
[17]许伟,刘倩.形式概念分析中的粗糙集方法[J].河北农业大学学报,2005,06:104-108.
[18]李旸.《雕塑》杂志对中国当代城市雕塑发展的引领作用研究[D].西安建筑科技大学,设计艺术学,2013,硕士.
[19]常久柱,段国绵.唐钢2560m~3高炉图拉法粒化渣生产实践[J].炼铁.2001(03)
[20]吴铭涛.吉林省体育研究生指导教师队伍现状的调查研究[D].吉林体育学院,体育教学,2013,硕士.
[21]唐罗忠,黄宝龙,生原喜久雄,户田浩人.高水位条件下池杉根系的生态适应机制和膝根的呼吸特性[J].植物生态学报,2008,06:1258-1267.
[22]沈元林,张永庆,申红兵.三菱Melplac2000与FoxboroI/A’s数据通信的实现[J].冶金自动化,2005,01:60-62.
[23]蔡峥嵘.深圳新世纪饮水科技有限公司整合营销研究[D].湖南大学,工商管理,2003,硕士.
[24]邓慧媛.奶牛瘤胃微生物分离及地衣芽孢杆菌对黄芪多糖转化影响[D].兰州理工大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[25]胡金有.三纲伦理思想探微—汉代“三纲”的确立及其现代性反思[D].南京大学,伦理学,2013,硕士.
[26]吕卫卫.长周期光纤光栅及光纤传感技术的研究[D].安徽大学,光学,2014,硕士.
[27]梁琳.武汉市居家养老发展现状及问题研究[D].华中师范大学,社会保障,2014,硕士.
[28]曹瑾.阅读服务信息设计研究[D].湖南大学,设计艺术学,2014,硕士.
[29]钟珩,段斌,苏永新,黄凌翔.基于IEC61400-25的风电场风力发电机组配置[J].电力系统自动化,2010,05:91-95+106.
[30]王毅.CMC集团管控模式研究[D].南京理工大学,工商管理,2012,硕士.
[31]王道歆.高中四版旅游地理教材结构对比研究[D].广西师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[32]李想,吴琦,刘习奎.固相力化学研磨法制备Salphen共价有机网络及其催化二氧化碳固定性能测试[J].高分子材料科学与工程,2014,09:106-110.
[33]孙畅.城镇小区生活废水厌氧—好氧处理的实验研究[D].天津科技大学,环境工程,2004,硕士.
[34]冉建斌,张明玉,徐常胜,黄小平,康南昌,罗文山,邢红阁,李杰.地震资料处理解释一体化的质量监控技术研究[J].石油地球物理勘探,2010,04:545-551+624+468.
[35]王翠华,何光明,朱敏,王平.相对振幅保持技术在三维连片地震资料处理中的应用[J].石油地球物理勘探,2008,S1:12-18+195+5.
[36]王磊.汽车主动悬架控制策略的研究[D].浙江工业大学,2003.
[37]王晓丹.转轨经济中金融中介效率研究[D].大连理工大学,企业管理,2004,硕士.
[38]高鸿飞.基于化学发光免疫分析的疾病标志物和病原菌检测新方法研究[D].西南大学,药物分析学,2014,硕士.
[39]毛世佩.人际和谐倾向、分配公平倾向对个人创新行为影响研究[D].浙江大学,2008.
[40]陈仁富.2230型宽行打印机格式带电子仿真器试制成功[J].石油地球物理勘探,1987,01:93+99.
[41]祖耀.功能特征驱动的机械产品概念设计研究[D].华中科技大学,2009.
[42]李松林.湖南师范大学体育学院武术普修网络课程设计的研究[D].湖南师范大学,民族传统体育（专业学位）,2013,硕士.
[43]武成莉.大学生焦虑与自我概念、应付方式的相关研究[D].华南师范大学,应用心理学,2004,硕士.
[44]张丹丹.雇主责任法律问题研究[D].郑州大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[45]孙晓玲.中学开展太极拳教学的可行性研究[D].西北民族大学,民族传统体育,2012,硕士.
[46]周显升.烟草对马铃薯Y病毒抗性遗传分析[D].中国农业科学院,植物病理学,2004,硕士.
[47]何刚.人源KGF-2基因的克隆、表达，纯化及其活性的鉴定[D].苏州大学,免疫学,2014,硕士.
[48]王向平,徐磊,张晓秋.同塔并架四回线中线路保护的适应性[J].电力系统自动化,2007,24:80-85.
[49]杨卉.装配式混凝土框架节点抗震性能试验研究[D].北方工业大学,建筑与土木工程,2014,硕士.
[50]张爱国.KL集团煤炭统一营销管理模式研究[D].首都经济贸易大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.