钢管活性粉末混凝土柱的力学性能研究

论文摘要

活性粉末混凝土（RPC）是一种新型的超高性能水泥基材料,但是RPC的脆性会限制其应用范围。RPC与钢管复合有望得到一种承载力高、延性好的结构形式。本文使用普通硅酸盐水泥、矿物掺合料、钢纤维、砂、高效减水剂等材料配制出了抗压强度超过170 MPa的RPC并研究了RPC强度、应力-应变曲线、弹性模量、泊松比等力学性能。结果表明RPC受压脆性很大,且掺加钢纤维无法改善RPC受压延性,所以必须用钢管约束RPC以缓解其脆性。在研究RPC材料的基本性能的基础上,分析了钢管与核心RPC在钢管RPC短柱轴心受压全过程中的相互作用,及这种相互作用对钢管RPC短柱的轴压承载力和变形能力的影响。结果表明:（1）钢管RPC表现出良好的延性,缓解了RPC脆性大的缺点;（2）由于RPC具有受压峰值应变大、泊松比基本不变、自收缩大、脆性大等特点,钢管对RPC的约束作用小于钢管对普通混凝土的约束作用;（3）钢管RPC短柱常见轴压破坏模式为剪切型破坏。钢管RPC短柱残余承载力与RPC的强度关系不大。将本文与参考文献中86个钢管RPC短柱轴压承载力与中国、美国、日本、欧洲一些现行规程计算结果进行了比较。试算表明,这些针对钢管普通混凝土的规程在计算钢管RPC轴压承载力时大部分偏于不安全。建议设计中仿照美国ACI规程的做法,忽略钢管与RPC间套箍作用以保证安全度。本文还用分离式霍普金森杆研究了RPC及钢管RPC的抗冲击性能。含有钢纤维的RPC具有良好的抗冲击性能,施加钢管约束又会进一步提高RPC抗冲击性能。由于RPC与传统高强混凝土材料在性质上具有相似性,本文结论也可供钢管高强混凝土的相关研究与应用借鉴。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 RPC 研究概述
• 2.1.1 RPC 配制原理
• 2.1.2 RPC 性能及应用介绍
• 2.1.3 现阶段RPC 研究中存在的问题
• 2.2 钢管高强混凝土研究综述
• 2.2.1 钢管普通混凝土研究概述
• 2.2.2 钢管高强混凝土研究概述
• 第3章 RPC 配制及力学性能测试
• 3.1 RPC 配制
• 3.1.1 试验原料及制作测试方法
• 3.1.2 原材料选择
• 3.1.3 RPC 配合比确定
• 3.2 RPC 力学性能测试
• 3.2.1 抗折荷载-挠度曲线
• 3.2.2 抗压应力-应变曲线
• 3.2.3 RPC 泊松比
• 3.3 对比用C60 钢纤维自密实混凝土力学性能测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 钢管RPC 短柱轴压受力性能分析
• 4.1 试验方法
• 4.1.1 试件制作
• 4.1.2 材料强度测定
• 4.1.3 试验过程
• 4.2 钢管-高强混凝土协同工作能力分析
• 4.3 钢管RPC 短柱轴压全过程分析
• 4.4 钢管RPC 强度承载力计算
• 4.4.1 钢管-RPC 套箍力大小计算
• 4.4.2 常见规程承载力计算结果比较
• 4.4.3 钢管超高强混凝土轴压强度承载力计算
• 4.4.4 加载方式对钢管RPC 承载力影响
• 4.4.5 施工条件和养护方式对钢管RPC 承载力影响
• 4.5 钢管超高强混凝土破坏模式及残余强度探讨
• 4.5.1 围压作用下混凝土宏观破坏模式综述
• 4.5.2 钢管混凝土轴压破坏模式
• 4.5.3 钢管高强混凝土残余承载力研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 RPC 及钢管RPC 抗冲击性能
• 5.1 实验装置及试验方法
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 实验方法
• 5.1.3 霍普金森杆原理简介
• 5.2 冲击试验结果分析
• 5.2.1 冲击试验曲线
• 5.2.2 材料冲击强度
• 5.2.3 试件宏观破坏形态
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 需要进一步开展的工作
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果