基于承載力控制的預(yù)應(yīng)力RPC梁設(shè)計理論研究.pdf

1、活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，簡稱RPC)是一種新型混凝土材料，與常規(guī)混凝土相比，具有超高強(qiáng)度、高韌性、高耐久性等優(yōu)點(diǎn)，已成為工程材料領(lǐng)域一個新的研究熱點(diǎn)。目前，國內(nèi)外對其研究多限于材料的研究和具體對象的設(shè)計分析上，但對RPC結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論研究較少，尚不系統(tǒng)。RPC具有獨(dú)特的力學(xué)性能，但目前其結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是借鑒常規(guī)混凝土或鋼纖維混凝土的設(shè)計理論。雖然這些理論具有一定的參考性，但是直接借鑒缺少依據(jù)和理論

2、支持，結(jié)構(gòu)安全性也難以評估。RPC設(shè)計理論和設(shè)計方法的滯后限制了其在工程上的應(yīng)用和推廣。本文以基本力學(xué)試驗為基礎(chǔ)，針對預(yù)應(yīng)力RPC梁的承載力進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，提出了基于承載力控制的預(yù)應(yīng)力RPC梁的實(shí)用設(shè)計理論和設(shè)計方法，主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 (1)對RPC立方體和棱柱體試件進(jìn)行了軸心受壓、軸心受拉以及抗折性能試驗，得到了RPC立方體強(qiáng)度、棱柱體強(qiáng)度、峰值應(yīng)變等力學(xué)指標(biāo)及相關(guān)的統(tǒng)計參數(shù)，獲得了RPC單軸受拉、受壓全過

3、程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并通過對試驗數(shù)據(jù)深入分析，新定義了RPC彈性模量和彈性工作區(qū)間。
　　 (2)根據(jù)RPC試件的力學(xué)參數(shù)，采用通用有限元軟件MARC對RPC基本受彎構(gòu)件進(jìn)行了三維有限元計算分析，研究確定了采用MARC分析預(yù)應(yīng)力RPC梁所需的本構(gòu)模型和參數(shù)，為提高計算效率，編制了基于截面的非線性分析程序FX-RPCT，用于大量的預(yù)應(yīng)力RPC梁的受力全過程分析，通過試驗驗證，數(shù)值方法的計算結(jié)果均同試驗結(jié)果吻合良好。本文設(shè)定的RPC本

4、構(gòu)模型和參數(shù)，可使MARC可作為RPC梁應(yīng)力分析的通用程序，而自編程序FX-RPCT則可用作大量的預(yù)應(yīng)力RPC梁承載力計算和試驗數(shù)據(jù)補(bǔ)充，為預(yù)應(yīng)力RPC梁的承載力研究和合理設(shè)計提供了一個有效手段。
　　 (3)采用FX-RPC工程序?qū)Σ煌浣钚问降念A(yù)應(yīng)力RPC梁進(jìn)行了全過程分析，給出了預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋用量對其開裂承載力和極限承載力的影響規(guī)律，指出控制RPC梁開裂承載力的主要因素為預(yù)應(yīng)力鋼筋用量，定義了“強(qiáng)度配筋率”系數(shù)，

5、指出預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度配筋率共同決定了梁的極限承載力。在承載力控制條件下下，可以根據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力鋼筋的合理組合，得到RPC梁的經(jīng)濟(jì)設(shè)計。
　　 (4)提出了預(yù)應(yīng)力RPC梁的設(shè)計和評估指標(biāo)，分析確定了預(yù)應(yīng)力RPC梁的合理工作模式和破壞模式，給出了以開裂承載力和極限承載力共同控制的設(shè)計方法以及相應(yīng)的承載力計算公式，提出了考慮RPC材料特性的半概率極限設(shè)計理論，并通過預(yù)應(yīng)力RPC低高度梁破壞試驗進(jìn)行了驗證。