【摘 要】
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硅酸盐水泥是现代土木工程施工的主要原材料,应用范围广泛,但其制造工艺复杂,导致的资源浪费和环境污染等问题不容轻视,违背了我国资源可持续发展的理念。碱矿渣混凝土作为一种新型建筑材料,是以废弃的高炉矿渣为主要胶凝材料,用碱性溶剂激发其活性,并掺入骨料而形成的一种绿色混凝土,具有节能环保的优良性能,符合我国当代建筑行业对环境保护的要求,然而碱矿渣混凝土收缩变形大和易开裂的问题限制了其推广应用。为了提升碱
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硅酸盐水泥是现代土木工程施工的主要原材料,应用范围广泛,但其制造工艺复杂,导致的资源浪费和环境污染等问题不容轻视,违背了我国资源可持续发展的理念。碱矿渣混凝土作为一种新型建筑材料,是以废弃的高炉矿渣为主要胶凝材料,用碱性溶剂激发其活性,并掺入骨料而形成的一种绿色混凝土,具有节能环保的优良性能,符合我国当代建筑行业对环境保护的要求,然而碱矿渣混凝土收缩变形大和易开裂的问题限制了其推广应用。为了提升碱矿渣混凝土的物理力学性能,将抗拉性能优越的钢纤维掺入碱矿渣混凝土中形成多相复合材料,来提升碱矿渣混凝土的韧性性能。为研究钢纤维碱矿渣混凝土材料的构件力学性能,本文以钢纤维体积率为变量制做8根钢纤维碱矿渣混凝土梁,通过简支梁的三分点加载破坏试验,并借助有限元分析方法对钢纤维碱矿渣混凝土粱弯剪力学性能进行研究,主要结论如下:(1)掺入钢纤维能够提高碱矿渣混凝土的韧性性能,且其提高效果随着钢纤维掺量的提高而愈加明显;8根试验梁破坏形态相似,均表现为适筋破坏,其跨中挠度和表面裂缝会随着钢纤维的掺入均有所降低,钢纤维的加入可显著提高试件的开裂荷载和极限承载力;从梁侧表面应变、钢筋应变及挠度测试结果来看,平截面假定对钢纤维碱矿渣混凝土梁依然适用,钢纤维的加入对构件的延性性能有较好的提升效果;(2)钢纤维的掺入对碱矿渣混凝土梁裂缝的发展具有延缓作用,主要表现为:在正常使用荷载区间内,钢纤维碱矿渣混凝土梁裂缝的产生和发展均晚于普通碱矿渣混凝土梁,同级荷载下,钢纤维体积率越高,裂缝宽度减小的越多;现有普通钢筋混凝土梁斜裂缝宽度的计算公式对钢纤维碱矿渣混凝土依然适用,但因钢纤维的掺入需引入增强系数βf进行修正;引入延性系数μ分析了钢纤维碱矿渣混凝土梁的延性性能,结果显示:钢纤维的掺入对碱矿渣混凝土梁的延性性能改善效果明显,最大延性性能提升了1倍以上;(3)在《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中现有开裂弯矩计算公式的基础上引入钢纤维碱矿渣混凝土粱截面抵抗矩塑性系数βf对其进行修正,修正后的理论计算结果与试验结果吻合良好;现有《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38:2004)关于正截面受弯承载力的计算方法对试验梁依然适用,并依据规范及相关文献提出了试验梁斜截面开裂剪力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好;采用《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)对碱矿渣混凝土梁斜截面受剪承载力计算结果反推梁的极限破坏荷载,理论结果均小于试验结果;钢纤维碱矿渣混凝土梁的ABAQUS有限元分析结果与试验结果吻合良好。
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