无机聚合物混凝土结构构件受力性能试验分析-experimental analysis of mechanical properties of inorganic polymer concrete structural members.docx

万方数据 万方数据 中文摘要 针对无机聚合物混凝土材料节能、环保，且具有快硬、早强，耐久性好等优 点，选取该材料的结构构件作为研究对象，着重对其构件进行了相关试验和理论 研究，为该材料在结构工程领域中的应用提供理论基础和试验数据。 采用试验与理论分析相结合的方法，从三个方面对该材料结构构件受力性能 进行了研究：首先进行了该材料基本力学性能试验研究，提出了适合无机聚合物 混凝土的单向损伤本构关系式；其次对其预应力梁构件进行了试验研究，构建了 收缩徐变预测模型，在此基础上对其预应力损失进行了分析计算并与试验结果进 行了比对；第三，考察该材料在动力下的性能，选用钢管无机聚合物混凝土柱进 行了低周反复荷载试验研究，建立了该柱地震损伤评价模型。 通过研究，取得的主要成果有： 1. 根据无机聚合物混凝土材料强度上升段与下降段概率分布不同，采用分 段引入基于概率分布定义的损伤变量来推导演化其本构关系，提出了适合其单向 拉、压的统一本构关系式。 2. 基于对该损伤本构关系式的研究，定义门槛损伤值与临界损伤值分别为 材料从弹性变形过渡到塑性变形的损伤状态和破坏状态，从宏观上可直接通过计 算损伤值来判别材料所处损伤的状态。 3. 对无机聚合物混凝土预应力梁进行了全面系统的试验研究。研究显示， 其主要破坏形态与普通混凝土预应力梁类似，均为受弯破坏；采用现有混凝土理 论模式可对其受力进行计算，理论计算值与试验值基本吻合。 4. 针对无机聚合物预应力梁预应力摩擦损失，提出了考虑接触应力不均匀 分布的简化计算式；针对反向摩擦长度大于构件总长的预应力锚固损失，采用分 段逐点推导的方式，得到了梁两端锚固损失及各段应力计算式；其预应力损失与 普通预应力梁相比，主要差别在于收缩徐变引起的损失。 5. 在对无机聚合物混凝土收缩、徐变影响因素分析的基础上，构建了收缩、 徐变多参数预测模型；通过收缩徐变短期试验结果，对预测模型中的参数进行了 非线性拟合回归，确定了相关影响参数取值，从而建立了其收缩徐变长期预测模 型。 6. 通过该预测模型对本配比无机聚合物混凝土长期收缩与徐变进行了计 算，其终极收缩量为 5.10×10-4，相比同条件下普通混凝土最终收缩量 3.13×10-4 要大；终极徐变系数为 0.9，相比同条件下普通混凝土最终徐变系数 1.69 要小； 从长期性能来看，其整体变形稳定性较好。 7. 通过钢管无机聚合物混凝土柱低周反复荷载试验，绘制了各构件滞回曲 线、骨架曲线、恢复力特性曲线，计算了位移延性系数、能量耗散系数等抗震性 能指标。本配比钢管无机聚合物混凝土柱滞回曲线基本呈现梭形，局部出现捏缩 效应，从总体上来看外形饱满，呈现出较好的抗震性能。与同条件普通钢管混凝 土柱相比，二者抗震性能基本相当。本配比各构件位移延性系数均达 3.0 以上， 配钢率大的构件可达 6.0 以上；极限滞回环能量耗散系数均大于 2.0，配钢率大 的构件则大于 3.0；构件在地震动下延性和耗能性能均很好。 8. 在确定屈服滞回环刚度 ky 和极限滞回环刚度 ku 下，提出了钢管无机聚合 物混凝土柱抗震刚度退化规律计算式。选取基于刚度退化的损伤变量对钢管无机 聚合物混凝土柱进行地震损伤评价，建立了震害等级与损伤值对应关系准则。 关键词：无机聚合物混凝土，损伤本构关系，收缩与徐变，预应力梁，抗震性能 与损伤评价 Abstract Since the inorganic polymer concrete has the advantages of lower energy consumption, less pollution, rapid hardening, early strength and durability, the structural members made by inorganic polymer concrete were chose as the research object. The related tests and theoretical studies had emphatically been carried on these members for the application of the material in the field of structural engineering to provide theoretical basis and experimental data. By adopting the method of combination experiment and theory analysis, the mechanical properties of structural members were