【摘 要】
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粉煤灰已经是当今世界上来源最丰富,使用最广泛的混凝土矿物掺合料之一,粉煤灰的使用不仅可以节省资源,而且可以提升混凝土的多种性能。目前来说,对于粉煤灰混凝土基本性能的研究已经相当成熟,我们在将粉煤混凝土应用在结构工程中时,要考虑到粉煤灰对结构的承载力安全和使用性能的影响。而粉煤灰对混凝土弹性模量、钢筋和混凝土直接的粘结性能和荷载作用下的抗裂性能都有直接的影响,这都影响到结构的刚度。带裂缝工作的钢筋混
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粉煤灰已经是当今世界上来源最丰富,使用最广泛的混凝土矿物掺合料之一,粉煤灰的使用不仅可以节省资源,而且可以提升混凝土的多种性能。目前来说,对于粉煤灰混凝土基本性能的研究已经相当成熟,我们在将粉煤混凝土应用在结构工程中时,要考虑到粉煤灰对结构的承载力安全和使用性能的影响。而粉煤灰对混凝土弹性模量、钢筋和混凝土直接的粘结性能和荷载作用下的抗裂性能都有直接的影响,这都影响到结构的刚度。带裂缝工作的钢筋混凝土梁的短期刚度计算也一直是结构设计中的重难点,我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中的短期刚度公式是上世纪70年代规范课题组在试验基础上分析得出的。在工程材料性能高速发展的今天,规范短期刚度公式对于粉煤灰混凝土的适用性还值得讨论。因此本文研究粉煤灰对钢筋混凝土梁短期刚度的影响。本文将通过试验研究、理论推导和软件模拟三种方式对粉煤灰钢筋混凝土梁的短期刚度进行研究,试验研究通过对梁受弯使用阶段短期刚度进行了测算,以及讨论了梁的内力臂系数、受压区高度系数、混凝土受压区综合系数、裂缝不均匀系数等以验证规范公式对粉煤灰刚度混凝土梁短期刚度的适用性。理论推导部分给出了两种计算钢筋混凝土梁和粉煤灰钢筋混凝土短期刚度的新方法。其一,通过对规范短期刚度公式的简化,得到影响此方法中影响梁短期刚度的两个主要因素,然后通过对数据的线性回归分析,得到了新公式。其二,根据弯矩-曲率图形,基于混凝土受压区弹性假定,求出梁特征弯矩值和特征曲率,得到了新的短期刚度公式。软件模拟采用Abaqus模拟分析,对比试验和模拟的荷载-挠度曲线,以及特征弯矩时刻混凝土和钢筋应变等基本信息,确定了Abaqus模拟分析的可靠性,然后分析不同替代率粉煤灰的荷载-挠度曲线,探究粉煤灰对梁短期刚度的影响。通过以上分析可以得到以下主要结论:粉煤灰替代率在20%左右时,可以提升梁的短期刚度,粉煤替代率在40%左右时,对梁短期刚度影响不大。规范公式在计算40%粉煤灰替代率梁短期刚度时,计算值偏低,可能是过高的体现了强度的影响,而过低的忽略了弹性模量的影响,对此,本文给出了适合与40%粉煤灰钢筋混凝土梁短期刚度规范修正公式。本文给出的基于刚度解析法的刚度折减法计算梁短期刚度公式比规范公式更简洁,基本误差小,给出的基于弹性理论的刚度图形解析法与试验十分吻合,并且与其他文献试验也较吻合,能满足设计使用需求。使用Abaqus模拟分析和试验值比较吻合,证明了试验的可靠性,通过Abaqus模拟分析粉煤灰对梁短期刚度的影响与试验一致。
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