钢管混凝土单向受弯构件横向受力裂缝的研究

论文摘要

鉴于我国建筑工程中的主力钢筋普遍比先进国家低100MPa左右,中国建筑科学研究院自2006年开始HRB500级新型高强钢筋的推广应用论证工作。期间发现我国现行混凝土结构规范中的裂缝宽度控制规定成为高强钢筋推广的瓶颈,当采用HRB500级钢筋时,大部分构件都不再是承载能力控制配筋,而是裂缝宽度控制。这种情况使我们不得不重新关注一下我国已经应用了20余年的裂缝宽度控制理论。以分析上述矛盾为研究目的,本论文主要完成了以下4个方面的工作:①详细对比分析了美国ACI318-95/05/08规范、欧盟Eurocode2规范、加拿大CSA A23.3规范、新西兰NZS3101规范及我国GB50010规范中的裂缝宽度控制规定及相关条文,并考虑可靠度影响,依照不同规范以三种方法定量计算对比了各国单向受弯构件的裂缝宽度。②做4根足尺梁在持续荷载作用下的裂缝试验,用螺旋千斤顶加载,借助压力传感器和应变读数仪来检测所加荷载值。该试验持续一年。③进一步结合相关试验和重要学者所提出的理论,分析中、美、欧三者规范中采用的裂缝计算理论模型。④本论文追踪了最新的从电化学角度研究钢筋锈蚀的试验,并讨论了其试验结果的合理性。通过以上研究工作,得出了以下主要结论:①即使在考虑可靠度因素的影响下,我国规范中的裂缝宽度计算公式仍然要远比其它各国严格。各国的计算结果仅为我国结果的30%～50%。②就加载试验一年的记录来看,裂缝宽度远没有达到我国规范中预计的66%,仅为20%左右。经初步论证,认为是受压钢筋及构件截面高度的影响。③本论文首次提出了以三种关系（1.拉效应与弯效应的关系2.钢筋影响区与非钢筋影响区的关系3.在钢筋影响区内,保护层厚度与钢筋粘结的关系）从更具普遍意义的角度来解释单向受弯构件的裂缝问题,建立了一种更具一般性的新裂缝计算理论模型,并指出中、美、欧三者的裂缝计算理论模型事实上是上述三种关系不同侧重点的体现。同时,本论文也从混凝土受压徐变、混凝土收缩、混凝土受拉松弛三个方面入手,以相关实验及规范条文为依据,给出了单向受弯构件长期裂缝宽度的建议算法。④从相关试验得到的钢筋周围混凝土质量对钢筋锈蚀的影响要远大于构件表面裂缝宽度这一结论,值得关注。它为混凝土构件裂缝控制提供了一个全新的理念,同时一些传统的裂缝控制方法能否达到其防止钢筋锈蚀初衷,也急待更全面的试验研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题背景
• 1.3 本文研究内容及方法
• 1.3.1 研究内容安排
• 1.3.2 研究方法讨论
• 2 各国建筑规范中受弯裂缝的计算对比
• 2.1 进行各规范裂缝控制方法对比采用的基本思路
• 2.2 各规范的相应条文
• 2.2.1 美国规范
• 2.2.2 加拿大规范
• 2.2.3 新西兰规范
• 2.2.4 欧盟规范
• 2.2.5 中国规范
• 2.3 各规范裂缝计算公式解释
• 2.3.1 统计公式法
• 2.3.2 理论公式法
• 2.4 各规范对比计算
• 2.4.1 对比方法
• 2.4.2 对比计算明细
• 2.4.3 对比计算解译
• 2.5 本章小结
• 3 钢筋混凝土梁类构件受弯裂缝的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.2.1 构件设计
• 3.2.2 试验装置
• 3.2.3 加载值计算
• 3.2.4 试验流程
• 3.3 试验结果
• 3.3.1 构件裂缝格局
• 3.3.2 构件裂缝宽度
• 3.4 试验结果的特征现象
• 4 裂缝模型机理分析
• 4.1 裂缝模型介绍
• 4.1.1 Broms-Frosch 模型
• 4.1.2 Beeby 模型
• 4.1.3 东南大学模型
• 4.2 轴拉构件裂缝在钢筋表面和构件表面之间的分布状况
• 4.2.1 相关试验介绍
• 4.2.2 试验结果分析
• 4.3 本论文对裂缝模型的刍议
• 4.3.1 三种关系的提出
• 4.3.2 对美、欧、中裂缝模型的再讨论
• 4.3.3 新裂缝模型建议
• 4.3.4 对新裂缝计算模型的试算检验
• 4.4 对长期荷载作用下裂缝发展的讨论
• 4.4.1 已有实验介绍
• 4.4.2 长期荷载作用下裂缝发展的机理
• 4.4.3 所建议算法检验
• 4.5 本章小结
• 5 裂缝与钢筋锈蚀的关系
• 5.1 引言
• 5.2 钢筋混凝土构件中钢筋的锈蚀机理
• 5.2.1 钢筋锈蚀的化学反应
• 5.2.2 锈蚀电池的类型
• 5.3 相关试验介绍
• 5.3.1 腐蚀电流密度测量方法
• 5.3.2 Arya 和Ofori-Darko 试验
• 5.3.3 Peter 和Michael 试验
• 5.3.4 Tarek，Nobuaki，Makoto 和Tsunenori 试验
• 5.4 理论分析
• 5.4.1 混凝土电阻
• 5.4.2 试验现象解释
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本论文主要结论
• 6.2 对后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录