高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)混凝土受彎構(gòu)件剛度裂縫研究.pdf

1、ResearchonStifInessandCrackofConcreteBeamReinforcedwithHighStrengthRebarsADissertationSubmittedtoSoutheastUniVersi鑼FortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringByZhangWeiSupervisedbyAssociateProfessorZhuHongSchoolofCiVilEngi

2、neeringSoutheastUniVersi坶Nanjing，PRChinaMay2015摘要高強(qiáng)鋼筋增強(qiáng)混凝土受彎構(gòu)件剛度裂縫研究碩士研究生：張未導(dǎo)師：朱虹摘要高強(qiáng)鋼筋的使用對于節(jié)約鋼材，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展有積極的意義，但是高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用也意味著正常使用狀態(tài)下鋼筋應(yīng)力和應(yīng)變的增加，構(gòu)件裂縫寬度將增大，有可能由承載能力控制配筋設(shè)計(jì)變?yōu)橛墒褂眯阅芤罂刂?，這將限制鋼筋強(qiáng)度的發(fā)揮，浪費(fèi)鋼材的良好性能。本文對HTIm600鋼筋作為主要受力鋼筋

3、的高強(qiáng)混凝土受彎性能進(jìn)行了研究，包括承載能力、裂縫、剛度等，為HTRB600鋼筋在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供依據(jù)。本文通過對5根配HRB400鋼筋和5根配HTRB600鋼筋的高強(qiáng)混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)，詳細(xì)觀測記錄了試驗(yàn)過程中裂縫的出現(xiàn)與開展、撓曲變形、破壞特征和極限承載力情況，進(jìn)行對比分析。試驗(yàn)表明，HTRB600鋼筋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可取為500MPa，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB500102010)的公式計(jì)算其極限承載能力，有足夠

4、的安全儲備。試驗(yàn)中獲得了大量的裂縫觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合以往關(guān)于400MPa級和500MPa級鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)在規(guī)范的計(jì)算模式基礎(chǔ)上，對計(jì)算公式進(jìn)行分析，結(jié)果表明，對于鋼筋應(yīng)力較低的情況，規(guī)范推薦的短期最大寬度裂縫計(jì)算值與實(shí)測值比較吻合，但是在鋼筋應(yīng)力較高的情況下，規(guī)范公式對裂縫寬度的計(jì)算明顯過于保守，因此建議在裂縫寬度計(jì)算中對鋼筋正常使用情況下的應(yīng)力設(shè)置限值。同樣，根據(jù)試驗(yàn)中獲得數(shù)據(jù)并結(jié)合以往的大量數(shù)據(jù)對規(guī)范短期剛度公式進(jìn)行了分析

5、，發(fā)現(xiàn)規(guī)范的剛度公式偏不安全，對其進(jìn)行了修正。通過有限元軟件ABAQuS進(jìn)行數(shù)值分析，考察了鋼筋強(qiáng)度等級對普通鋼筋混凝土受彎構(gòu)件截面延性的影響，以三個不同的指標(biāo)進(jìn)行對比。同時，考慮對強(qiáng)度較高的高延性鋼筋如HTI也600鋼筋施加一定的預(yù)應(yīng)力，研究了有效預(yù)應(yīng)力對構(gòu)件受彎截面延性的影響。從能量的角度出發(fā)，分析鋼筋強(qiáng)度等級對于構(gòu)件耗能能力的影響，結(jié)合鋼筋進(jìn)入塑性階段后的加載卸載準(zhǔn)則，考察預(yù)應(yīng)力對構(gòu)件耗能性能的影響。從減小預(yù)制混凝土實(shí)心方樁運(yùn)輸和

6、使用過程中開裂現(xiàn)象的需求出發(fā)，在混凝土預(yù)制方樁中使用HTRB600鋼筋，對其施加一定的預(yù)應(yīng)力。對兩根預(yù)應(yīng)力混凝土方樁進(jìn)行了抗彎性能的試驗(yàn)，結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力有效改善了其開裂性能，上述方法解決預(yù)制方樁易出現(xiàn)裂縫的問題效果明顯。模擬設(shè)計(jì)了不同配筋情況的5個混凝土預(yù)制方樁，分析預(yù)應(yīng)力張拉后的預(yù)應(yīng)力損失，結(jié)果表明鋼筋的預(yù)拉應(yīng)力不宜過小，利用FortraJl90編制了計(jì)算機(jī)程序，以一些合理的基本假設(shè)為基礎(chǔ)，考慮材料的非線性本構(gòu)關(guān)系，用數(shù)值迭代的方法