【摘 要】
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随着土木工程建设的发展,对结构延性、耐久性、抗震性能以及材料的环保性均有了较高的要求,普通混凝土已经无法满足这些要求。高延性水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites,简称ECC）具有高延性、多裂缝开裂和应变硬化等特性,将ECC应用在土木工程建设中,可以大大提升结构的延性、耐久性和抗震性能。本文受国家自然科学基金青年项目（No.51708061）资助,在E
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目（No.51708061）:无缝机场道面用高延性水泥基材料（ECC）的自愈合行为与机理研究；
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随着土木工程建设的发展,对结构延性、耐久性、抗震性能以及材料的环保性均有了较高的要求,普通混凝土已经无法满足这些要求。高延性水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites,简称ECC）具有高延性、多裂缝开裂和应变硬化等特性,将ECC应用在土木工程建设中,可以大大提升结构的延性、耐久性和抗震性能。本文受国家自然科学基金青年项目（No.51708061）资助,在ECC这一新型材料的基础上,进行了ECC增强钢筋混凝土梁受弯性能试验与计算理论研究,旨在为该新型结构的研究与设计提供基本试验数据与计算方法,并推动ECC增强钢筋混凝土梁在桥梁工程和建筑工程领域中的应用。为实现此目的,主要开展了以下研究工作:制备了具有高抗拉强度与高延性特征的ECC材料,开展了材料性能试验研究。通过6组ECC材料抗压试验（试件尺寸70.7×70.7×70.7mm）和直接拉伸试验（试件拉伸区域尺寸80×30×15mm）研究,分析了搅拌工艺和水胶比对ECC抗压和拉伸性能的影响,发现搅拌工艺对结果影响不大而水胶比影响较大。最后,得到了梁试验所需的最佳ECC搅拌工艺和配合比。进行了3组共7根ECC增强钢筋混凝土梁和1根普通钢筋混凝土梁的受弯试验,研究了ECC层厚度、主筋配筋率和ECC层形状等因素对试验梁破坏形态、裂缝开展、受弯承载力、延性和能量吸收能力的影响。研究结果表明,ECC具备良好的裂缝宽度控制能力,可以将钢筋混凝土结构中少量、较宽的有害裂缝转化为无害的致密微裂缝;使用ECC材料能够提高钢筋混凝土梁在弯曲荷载下的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、延性以及能量吸收能力,受拉区ECC、主钢筋和受压区混凝土三者具有良好的工作协调性。在ECC增强钢筋混凝土梁受弯试验研究的基础上,结合普通钢筋混凝土梁正截面受弯分析理论,将U型ECC层增强钢筋混凝土梁的正截面受弯破坏过程分为弹性受弯,受拉区ECC或混凝土开裂、受拉区ECC和混凝土均开裂,受拉主钢筋屈服至截面破坏四个阶段。分别推导了U型ECC层增强钢筋混凝土梁的开裂荷载、钢筋屈服荷载与极限荷载计算公式,进一步,给出了复合梁的曲率和挠度计算公式。最后,采用试验结果验证了理论分析的合理性,可为复合梁的设计提供参考。
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