钢筋混凝土的负泊松比设计与力学性能研究

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钢筋混凝土建筑结构可能会因为遭受各种不同类型的事故性冲击荷载而产生荷载影响,例如建造过程中的重物坠落、交通工具之间的相互碰撞,船舶对桥墩的撞击和海浪冲击。其作用期短、荷载强度高、对于结构产生极大的破坏常常是事故类冲击的一个重要特征。而且梁、柱等主体受力构件还面临各种事故类型的冲击性威胁。在一些特定的结构设计过程中,我们就应该充分考虑到这些冲击荷载的影响。目前对钢筋混凝土结构抗冲击性能增强的研究大多是利用加固材料本身的强度、韧性等性能起到抗冲击的作用。本文针对动载作用下钢筋混凝土的抗冲击问题,将负泊松比材料引入混凝土领域,设计内凹钢筋单元结构与混凝土复合,做成负泊松比钢筋混凝土,通过设计使其具备负泊松比效应的同时希望能够有更好的力学性能及抗冲击性能。研究结果表明:在弯曲静载作用下,相较于方形钢筋混凝土,六肋和星型钢筋混凝土的断裂能分别提高了132%和181%,且星型钢筋混凝土具有更好的能量吸收能力。在冲击压缩作用下,与普通钢筋混凝土相比,六肋和星型钢筋混凝土的吸收能分别提高了1.17倍和1.23倍,且星型钢筋混凝土具有更好的能量吸收能力。在落锤冲击作用下,下落高度为1m时,六肋和星型钢筋混凝土能使混凝土抗冲击能力分别提高1.7倍和2.7倍;下落高度为2m时,六肋和星型钢筋混凝土能使混凝土抗冲击能力分别提高3.0倍和6.0倍;星型钢筋混凝土能有效提高混凝土的冲击韧性、初裂后继续吸收冲击能的能力。在冲击荷载作用下,随着钢筋结构内凹角增加,混凝土变形能力增强,负泊松比值随之减小,钢筋结构的内凹角增多,更加有利于降低泊松比。六肋和星型钢筋混凝土的耗能能力分别为普通钢筋混凝土的2.0倍和3.5倍,能量吸收性能随着内凹角增加而提升,且负泊松比值随着内凹角增加而减小,表明负泊松比结构具有更优异的耗能能力。
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