一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法技術

本發明專利技術公開了一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法，將構件整個受壓區應力分布近似為三角形；受拉區在其應變達到峰值拉應變之前，處于彈性狀態的RPC混凝土應力仍近似為三角形分布；而對于靠近構件受拉區邊緣已經進入塑性狀態的RPC混凝土，其應力簡化為從峰值拉應變處開始到受拉區邊緣處應力為0的三角形分布；而后根據截面受力以及截面力矩的平衡條件建立平衡方程進行求解；在開裂荷載計算中考慮大偏心受壓構件側向變形產生的附加偏心距的影響，取其值為5mm。本發明專利技術提供的RPC大偏心受壓構件開裂荷載計算方法，可在活性粉末混凝土大偏心受壓構件設計計算中進行應用，為活性粉末混凝土在偏心受壓構件中進行推廣應用奠定了理論基礎，具有巨大的社會和經濟效益。

【技術實現步驟摘要】
一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法
本專利技術涉及一種偏壓構件開裂荷載的計算方法，具體涉及一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法。
技術介紹
活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete，簡稱RPC)是20世紀90年代初由法國開發出的一種超高強度、高韌性、高耐久性、體積穩定性良好的新型水泥基復合材料，由于其組分中粉末含量及活性的增加而被稱為活性粉末混凝土，這在參考文獻[1]中提及。自RPC問世以來，國內外許多學者針對RPC的材料、配合比、耐久性、強度以及微細觀結構等進行了大量的理論和試驗研究，其中具有代表性的公開文獻資料為參考文獻[2]，而實際操作中，通過配合比及原材料的變化，也制備了具有不同力學性能的活性粉末混凝土，在參考文獻[3]中有提及。同時，由于活性粉末混凝土具有良好的力學性能和優異的耐久性，目前已在道路，橋梁，結構等工程中得到了較多的應用，具體的應用例子在參考文獻[4]中有描述。并有很多學者對活性粉末混凝土受彎構件(包括簡支梁和連續梁等)的極限承載力以及抗裂性能進行了試驗研究，相關研究結果可參見參考文獻[5]，在此基礎上提出了活性粉末混凝土梁極限荷載的計算模型和計算方法。但是目前國內外針對RPC偏壓構件的研究還很少，僅有極少的文獻針對其承載特性進行了試驗研究，包括有參考文獻[6]-[8]。對于具體的RPC大偏心受壓構件極限荷載的計算，僅在參考文獻[8]中提及，但其承載力計算完全參照既有一般鋼筋混凝土偏心受壓構件進行，完全沒有考慮活性粉末混凝土抗拉強度對其極限承載力的影響，使得其計算結果和實際結果偏差較大。實際上活性粉末混凝土的抗拉強度較一般混凝土要高得多，必須考慮活性粉末混凝土的抗拉強度才能對其極限承載力進行準確計算。目前我國正在進行大規模的城市地鐵等地下工程的建設，隧道襯砌結構一般處于偏心受壓狀態，其承載特性和一般的梁結構明顯不同。因此，為拓展新型RPC材料在地下工程中的應用，建立一種可靠的活性粉末混凝土大偏心受壓構件極限荷載的計算方法已為急需。以下為本文中所提及的參考文獻[1]-[8]及相關出處：[1]RichardP,CheyrezyM.Compositionofreactivepowderconcretes.CementandConcreteResearch,1995,25:1501–11.[2]謝友均，劉寶舉，龍廣成.摻超細粉煤灰活性粉末混凝土的研究[J].建筑材料學報，2001，4(3):280-284.[3]HüseyinSerdarAydln,HalitYazlcl.Mechanicalperformanceoflowcementreactivepowderconcrete(LCRPC).Composites,PartB,2012,43:2907–2914[4]周文元.活性粉末混凝土在道路橋梁工程中的應用[J].水運工程，2004,(12):103-105.[5]萬見明，高日.活性粉末混凝土梁正截面抗裂計算方法[J].建筑結構，2007，37(12):93-96.[6]AdnanR.Malik,StephenJ.Foster.BehaviourofReactivePowderConcreteColumnswithoutSteelTies.JournalofAdvancedConcreteTechnology,2008,6(2):377-386[7]劉暢.活肚粉末混凝土偏心受壓構件破壞機理的試驗研究[D].北京:北京交通大學,2012[8]康佩.活性粉末混凝土構件在受彎、受剪、受壓狀態下的設計計算方法[D].北京:北京交通大學,2012
技術實現思路
為了提供一種較為準確的活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法，本專利技術的技術方案是：一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法，根據活性粉末混凝土大偏心受壓構件整個截面的實際受力狀態將截面分為受壓區和受拉區，受壓區整個應力分布為三角形；受拉區在應變達到峰值拉應變之前，應力為三角形分布；在應變達到峰值拉應變之后，應力為在受拉區邊緣處應力為0的三角形分布；然后根據截面受力、截面力矩的平衡條件以及附加偏心距的影響來建立平衡方程對開裂荷載進行求解。所述的一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法，開裂荷載按下式聯立進行計算：其中，N為作用于構件的開裂荷載，Mcr為作用于構件的開裂彎矩，Ec為RPC混凝土的彈性模量，Es為鋼筋的彈性模量，ft為RPC混凝土的抗拉強度，εt0為RPC材料峰值拉應變，m為截面彈性受拉區高度與整個截面受拉區高度的比值，h為受壓構件整個截面高度，h0為受壓構件截面有效高度，h0＝h-as，as為受拉鋼筋合力點至受拉邊緣的距離，a's為受壓鋼筋合力點至受壓邊緣的距離；x為截面受壓區高度，b為構件截面寬度，As為受拉主筋的面積，A's為受壓主筋的面積，ei為考慮受壓構件偏心距增大后的實際偏心距，ei＝η(e0+ea)；e0為初始偏心距；ea為附加偏心距，η為偏心距影響系數，取η＝1.0。所述的一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法，活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載計算時截面彈性受拉區高度與整個截面受拉區高度的比值m取1/3，附加偏心距ea取5mm。在研發該活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載計算方法的過程中，進行了大量的RPC材料力學性能試驗和RPC構件大偏心受壓承載特性試驗研究工作。本專利技術的RPC材料力學性能試驗按常規混凝土材料的標準試驗方法進行。本專利技術的RPC構件大偏心試驗在500t微機控制電液伺服剪壓實驗機進行，構件高度和寬度分別為1200mm和200mm，厚度有150mm，200mm，250mm，300mm四種工況；試驗加載的初始偏心距為0.4h，試驗按照混凝土結構試驗標準方法進行，對試件進行預加載，預加載不超過試驗柱極限荷載預估值的5％，確認加載設備工作正常后卸載，開始正式加載。試驗柱加載采用分級制，每級荷載為預估試驗柱極限荷載的5％；加載到達試驗柱開裂荷載預估值的80％以后，每級加載值為5.0kN；通過放大鏡觀察和應變測試的方法確定試驗柱的開裂荷載。試驗構件及加載情況見圖2和圖3，通過電液伺服剪壓實驗機將偏壓荷載施加在構件頂部和底部的鋼墊板，并通過布置在構件上的應變片和千分表進行測試，以得到試驗結果。通過RPC材料的單軸受拉試驗，得到了RPC材料的峰值拉應變εt0以及其受拉全應力—應變曲線(圖4)，當混凝土達到其峰值拉應力后，隨著應變的進一步增大，混凝土中的應力迅速減小并逐漸趨近于0，由此確定了RPC大偏心受壓構件受拉區的應力分布型式。通過RPC材料的單軸受拉試驗得到的峰值拉應變εt0以及RPC構件的大偏心受壓試驗得到的受拉區邊緣RPC開裂應實測值εtu，得到截面彈性受拉區高度與整個截面受拉區高度的比值m取1/3。通過RPC構件的大偏心受壓試驗，得到了偏壓荷載作用下RPC構件截面的應變分布型式(圖5)，其完全符合平截面假定，由此可根據RPC材料峰值拉應變εt0(也即RPC構件即將開裂時受拉區邊緣的應變)確定RPC構件截面的應力分布。通過RPC構件的大偏心受壓試驗，還得到了不同構件開裂荷載的試驗結果，通過反算即可得到各試驗本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法，其特征在于：根據活性粉末混凝土大偏心受壓構件整個截面的實際受力狀態將截面分為受壓區和受拉區，受壓區整個應力分布為三角形；受拉區在應變達到峰值拉應變之前，應力為三角形分布；在應變達到峰值拉應變之后，應力為在受拉區邊緣處應力為0的三角形分布；然后根據截面受力、截面力矩的平衡條件以及附加偏心距的影響來建立平衡方程對開裂荷載進行求解。

【技術特征摘要】
1.一種活性粉末混凝土大偏心受壓構件開裂荷載的計算方法，其特征在于：根據活性粉末混凝土大偏心受壓構件整個截面的實際受力狀態將截面分為受壓區和受拉區，受壓區整個應力分布為三角形；受拉區在應變達到峰值拉應變之前，應力為三角形分布；在應變達到峰值拉應變之后，應力為在受拉區邊緣處應力為0的三角形分布；然后根據截面受力、截面力矩的平衡條件以及附加偏心距的影響來建立平衡方程對開裂荷載進行求解；開裂荷載按下式聯立進行計算：

【專利技術屬性】
技術研發人員：施成華，龍廣成，彭立敏，雷明鋒，曹成勇，楊偉超，馬輝，龍敏，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：湖南;43