荷载与环境侵蚀耦合作用下高强钢筋ECC-RC复合梁受弯性能研究及其优化分析

By the using of high strength steel bars, steel quantity and project cost could be decreased. But flexural components reinforced with high strength steel bars generate larger cracks and deflections than normal RC components while embed steel bars in high stress level and tensile concrete quit work after cracking. Under coupling action of load and environmental erosion, such as chloride ion erosion and freeze-thaw cycles, strength of concrete would decline and cross-section of steel bars would weaken, flexural capacity of beams reinforced with high strength steel bars would decrease. Engineered cementitious composite overcomes traditional cement-based materials' softening performance under tensile load, and makes cracking transform from a single development macroscopic crack to steady-state multiple micro-cracks. Using ECC replace partial tensile concrete around the longitudinal reinforcement area would form high strength reinforced ECC-RC composite beams. Combined analysis method of experimental, mathmatic and mechanical would adopted to study the composite beams, performance of composite beams, such as flexural capacity, crack, stifness, ductility and energy dissipation capacity of the whole loading process would studied and optimial analysis would made, then analysis and design methods of composite beams would put forward. Reference and basis would provide for popularization and application of composite beams to making full use of material properties and improving components' durability.

高强钢筋的应用可节约钢筋用量、降低工程造价。但配置高强钢筋的混凝土构件受弯时，钢筋应力水平较高、混凝土受拉开裂后退出工作，构件产生较大的裂缝和变形。在荷载和环境侵蚀（如氯离子侵蚀、冻融循环等）耦合作用下，混凝土强度下降、钢筋面积削弱，构件承载力下降。 ECC（Engineered Cementitious Composite，工程用水泥基复合材料）克服了传统水泥基材料受拉荷载下的软化性能，实现传统水泥基材料单一裂纹发展的宏观开裂模式向多重微细裂纹的稳态开裂模式的转变。 本项目以ECC代替部分受拉区混凝土形成的高强钢筋ECC-RC复合梁为研究对象，采用试验分析、数学力学分析相结合的方法，重点针对正常/侵蚀环境作用下复合受弯梁的承载力、裂缝、刚度、延性和耗能等性能进行受力全过程研究和优化分析，提出复合梁的分析设计方法，为复合梁的推广应用提供参考和依据，以充分利用材料性能，提高构件的耐久性。

高强钢筋的应用可节约钢筋用量、降低工程造价。但配置高强钢筋的混凝土构件受弯时，钢筋应力水平较高、混凝土受拉开裂后退出工作，构件产生较大的裂缝和变形。在荷载和环境侵蚀（如氯离子侵蚀、冻融循环等）耦合作用下，混凝土强度下降、钢筋面积削弱，构件承载力下降。. ECC（Engineered Cementitious Composite，工程用水泥基复合材料）克服了传统水泥基材料受拉荷载下的软化性能，实现传统水泥基材料单一裂纹发展的宏观开裂模式向多重微细裂纹的稳态开裂模式的转变。. 以ECC 代替部分受拉区混凝土形成的高强钢筋ECC-RC复合梁，可充分利用ECC优良的抗拉能力，解决钢筋/高强钢筋混凝土梁的耐久性问题。本项目对ECC材料的基本力学性能及其增强钢筋/高强钢筋混凝土复合梁受弯性能进行了研究。通过对不同配合比、浇筑方法的ECC进行对比试验研究，得到了一套可行的ECC制备方法，并得到了其简化的、可用于计算分析的受拉、受压本构模型；基于材料本构模型和平截面假定，对高强钢筋ECC-RC复合梁受弯进行全过程分析，推导出复合梁开裂荷载、极限荷载、裂缝宽度、刚度、延性和耗能的计算公式，并进行了参数分析，研究表明理论预测值与试验实测值吻合较好，可用于工程实践。研究复合梁在环境侵蚀（冻融循环）作用下承载力、刚度的退化规律，环境侵蚀对复合梁裂缝宽度、延性和耗能性能的影响等问题；对高强钢筋ECC-RC复合梁进行参数优化分析，研究了ECC替代高度、配筋率、钢筋强度、混凝土强度、ECC强度对复合梁受弯性能的影响；提出复合受弯梁的分析设计方法。. 对正常/侵蚀环境作用下ECC材料的基本力学性能及其增强钢筋/高强钢筋混凝土复合受弯梁的承载力、裂缝、刚度、延性和耗能等性能进行受力全过程研究和优化分析，提出复合梁的分析设计方法，为复合梁的推广应用提供参考和依据，以充分利用材料性能，提高构件的耐久性。