[01171606]HRB500级钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载能力及剪切延性研究

在国家大力倡导绿色环保、建筑节能的今天,如何改善混凝土材料的性能,是值得我们研究的重要课题。活性粉末混凝土（ Reactive Powder Concrete,简称RPC）是一种超高性能水泥基复合材料,在活性粉末混凝土构件中配置高强HRB500级钢筋,强度高,截面小,自重轻,防腐和防火性能优异,可以较好地解决高层大跨建筑结构的承载能力及耐久性问题。本成果以国家基金项目《 HRB500级钢筋活性粉末混凝土梁抗剪承载力及剪切延性研究》（51368013）为依托,设剪跨比、配箍率、钢纤维含量、纵筋配筋率、箍筋形式、预应力度、截面形式和加载方式等为参数,进行3批共46根梁的结构试验,运用塑性极限方程和修正压力场等理论模型进行验证,分析HRB500级钢筋活性粉末混凝土梁的受剪机理。主要成果包括：1)抗剪性能最优活性粉末混凝土材料配合比;2)剪跨比对构件的极限承载力、主斜裂缝倾角和破坏形态的影响最大,抗剪承载力随剪跨比的增大而减小,其对RPC梁破坏状态的影响有别于普通混凝土梁,剪跨比1.51时已表现出斜压破坏特征,剪跨比3.02仍然呈现剪压破坏特征;3)配箍率对弯剪段斜裂缝的分布形态影响较大,配箍率较低时构件的破坏端基本都有一条由支座处指向加载点处的主斜裂缝,其端部隔离体几乎不存在受压区。配箍率较高时则无明显主斜裂缝,裂缝数量多且细而密,抗剪承载力随配箍率的提高而增大;4)钢纤维可有效阻碍裂缝的发展,提高构件的开裂荷载与剪切延性,2%为最优掺量,当钢纤维体积率由0增大到2%时,配箍率由0.25%提高到0.75%,构件的剪切延性明显提高;5)纵筋率对构件抗剪性能的影响不很明显,但其承载力仍然随配筋率的提高而增大;6)箍筋形式对高强钢筋RPC梁抗剪承载力提升的影响因素依次为斜向箍筋＞垂直腹筋＞水平腹筋;7)预应力RPC梁的抗剪承载能力随剪跨比的增大而减小,随预应力度的增大而增大。延性则随剪跨比的增大而增大,随预应力度的增大而减小;8)T形截面RPC梁的抗剪承载力高于矩形截面梁,翼缘能有效抑制斜裂缝宽度的发展;9)间接加载RPC梁抗剪极限承载力的降低程度明显低于普通混凝土梁,挑耳在上和挑耳与梁等高梁的极限承载力与直接加载梁相当,挑耳在下梁的极限承载力比直接加载梁降低比较明显;10)基于塑性理论推导出有腹筋RPC梁适合于工程计算的抗剪承载力简化公式;11)构建了基于修正压力场理论的配筋 RPC梁分析模型,求解出全受力过程中截面的平均应力、应变随梁端剪力变化的规律,并得出最终极限承载力等。研究成果可以为RPC材料和构件的工程应用提供参考,研究成果包括：①在中文核心以上期刊发表论文40余篇,其中EI 收录7篇,SCI 待刊2篇,会议论文11 篇,其中2 篇在第23、24 届全国结构工程学术会议获得优秀论文;②软件著作权1 项;③申请专利10项,其中发明专利6 项,授权实用新型4 项;④培养人才16 人,其中博士研究生1人,硕士研究生15 人。虽因掺了硅灰及钢纤维,RPC材料的造价较高,但在相同承载力条件下,构件截面尺寸减小,重量轻,钢纤维在一定程度上可以减少甚至代替钢筋,高耐久性还可以保证较低构件的更换率及维护费用等,其综合性价比仍然优于普通混凝土构件。