海砂海水TRC及其约束混凝土柱受力性能研究

来源 :苏州科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:michael_CL
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随着我国经济和沿海经济开发区的快速发展,南海岛礁基础设施建设对混凝土的需求量已逐年加大,我国局部地区已出现“砂荒”现象。生产混凝土的过程需要耗费大量的河水河砂等自然资源,会对社会环境造成巨大的不利影响。众所周知,钢筋混凝土结构里面有钢筋,而钢筋很容易发生锈蚀问题,尤其是在这种海洋环境中充斥的大量的氯离子,这些氯离子会通过内掺和外渗的方式游离到混凝土里钢筋的表面去破坏保护钢筋的那层钝化膜,促使钢筋发生锈蚀。因此,急需一种新型的适应海洋岛礁环境下的混凝土结构和构件,这已经引起了国内外许多学者的关注。而织物增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)是一种新型的纤维增强高性能混凝土复合材料,主要是利用高性能纤维网增强细骨料混凝土基体形成的一种的复合材料。由于其增强筋为不锈蚀的非金属纤维网,材料具备耐腐蚀要求,适应海洋高盐、高湿环境,还具有薄壁、兼容性好、耐高温及耐火等优点,同时还能提高其韧性和耐久性。在此基础上,考虑到将TRC复合材料的基体换成海砂海水混凝土,开发一种新型的海砂海水TRC预制外壳约束混凝土柱结构。这种新的约束组合结构柱具有一定的竖向承载能力和变形能力;所有材料耐腐蚀,能够很好的适应高盐、高湿海洋环境,可以广泛应用在南海岛礁基础设施建设的开发中;同时可以就地取材,资源可持续利用,节约成本;TRC预制外壳还可充当模板,免去支模板步骤等优点。但是目前国内关于这种新型海砂海水TRC预制外壳约束混凝土柱的研究做得还比较少。因此有必要对海砂海水TRC预制外壳约束混凝土柱的受力性能开展相关研究。本文在国家自然科学基金“织物增强混凝土模板及其叠合梁板生命周期力学性能研究(51478408)”及“考虑循环荷载作用历史的弯剪破坏RC柱抗震性能及地震损伤机理研究(51508154)”项目的资助下,开展了海砂海水TRC薄板及其约束混凝土柱受力性能研究,主要研究内容与结论如下:(1)通过对50组不同工况的海砂海水TRC薄板进行轴拉试验及四点弯曲试验,探讨了织物网层数、水灰比和短切PVA纤维体积掺量对纤维网增强海砂海水混凝土薄板轴拉及弯拉性能的影响。通过对混凝土薄板轴拉试件的开裂应力、开裂应变、抗拉强度、极限应变及裂缝条数等性能指标进行研究,分析各参数对轴拉试件的应力—应变曲线的影响;同时也对混凝土薄板弯曲试件的开裂荷载、开裂挠度、极限荷载、极限挠度及位移延性系数等性能指标进行研究,分析各参数对弯曲试件的荷载—位移曲线的影响。根据试验数据综合分析,当织物网层数为4层,短切PVA纤维体积掺量为1%时,纤维网增强海砂海水混凝土薄板单轴拉伸试件的抗拉强度达到最大值5.38MPa,此时对应的极限应变为13.57%;纤维网增强海砂海水混凝土薄板四点弯曲试件的极限荷载达到最大值4.76k N,此时对应的极限挠度6.40mm。(2)通过对20根不同的PVC管与外裹TRC复合材料混凝土柱进行竖向黏结性能研究,探讨了刻痕数目、刻痕数目与植入不锈钢螺钉数目及镂空率对PVC塑料管与外壁包裹纤维网织物增强混凝土柱界面黏结性能的影响。试验通过对PVC塑料管与外壁包裹纤维网织物增强混凝土柱试件的极限荷载、极限位移及延性系数等评价指标进行综合性分析,研究了PVC塑料管与外壁包裹纤维网织物增强混凝土柱试件荷载-位移曲线的变化关系影响。结果表明,对PVC管表面进行刻痕、刻痕加植入不锈钢螺钉及镂空率等界面处理方式,可以一定程度上提高PVC管与外裹纤维网织物增强混凝土之间的界面黏结性能。通过上述试验数据综合对比分析得出,当采用刻痕6道加植入32根不锈钢螺钉(200PVC-R6Q32-C3)时,PVC管与外裹TRC复合材料混凝土之间的界面黏结荷载为最优黏结性能参数,其界面最大黏结荷载值为173.53k N。(3)通过对20根预制TRC外壳约束混凝土柱进行轴压性能试验,探讨了约束类型、配网率、试件尺寸、配箍率和核心混凝土强度等级对预制TRC外壳约束混凝土柱轴压性能的影响。通过对混凝土柱试件的开裂荷载、开裂挠度、极限荷载、极限位移及延性系数等指标进行多角度对比分析发现,配网率相同、试件尺寸相同、配箍率相同、核心混凝土强度等级相同的混凝土柱,有PVC管约束浇筑而成的海砂海水TRC约束混凝土柱的开裂荷载及峰值荷载值明显高于无PVC管约束混凝土柱,有PVC管约束的混凝土柱试件比无PVC管约束的混凝土柱试件的开裂荷载最高增幅达13.69%、极限荷载最高增幅达19.07%,延性最高增幅达40.71%,表明有PVC管约束的核心混凝土柱刚度有较为明显的提高,同时也具有良好的延性。随着PVC管外表面包裹TRC纤维织物网加固层数的增多,混凝土柱试件的极限荷载、极限位移以及延性等均有较为明显的提升。随着配网率的增加,凝土柱试件的开裂荷载最高增幅达65.24%、极限荷载最高增幅达60.17%,延性最高增幅达50%。与PVC管外表面包裹两层纤维织物网的混凝土柱相比,配网率为四层的混凝土柱抗压承载能力更高,延性性能更良好。
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