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钢筋混凝土结构是如今建筑领域最为常见的结构形式,如今已经应用于社会建设的各个领域,比如房建、道路、桥隧等等。正是由于钢筋混凝土结构的广泛应用,所以对此结构的安全性、适用性、耐久性提出了更高的要求。普通混凝土有易脆性、自重大、弱拉伸性等缺点,而且与钢筋变形又存在不协调性,而工程水泥基复合材料(简称ECC)是一种经细观力学设计的先进材料,具有伪应变硬化特性,细密裂缝稳态开裂模式的特点,它克服了传统混凝土的缺点,在与钢筋共同工作方面有了更好的协调性,有效的保持了试件的整体性。 已有研究表明,提高混凝土结构的耐久性,一个重要的措施就是限制裂缝最大宽度。ECC材料在极限荷载时的平均裂缝宽度仅为60~80μm,裂缝间距仅为1~2mm,经过冻融循环后,ECC材料仍然能够很好地保持原有的应变硬化特征和受拉状态下的大量细密裂缝特点,完全可以满足严寒地区工程建设的需要。基于ECC材料良好的抗冻性能,为解决混凝土结构裂缝宽度较大而产生的耐久性问题,提出采用ECC材料替换普通混凝土的措施,达到限制裂缝宽度、阻止有害物质进入混凝土腐蚀钢筋,提高钢筋混凝土结构耐久性的目的。 本文对3组共计47根试件进行受弯试验,包括钢筋混凝土梁、ECC-RC复合梁、钢筋ECC梁,其中SB和SD组分为5种替换高度率,冻融循环0、50、100次,SC组分为5种替换高度率,冻融循环0、50、100、150次,结果表明:随着冻融循环次数的增加,混凝土强度降低明显,ECC材料经过冻融循环后,表面比较毛糙,但强度相对于普通混凝土降低幅度较小,体现出ECC材料良好的抗冻性能;受拉区ECC材料的存在对裂缝的开展、试件的承载力以及抵抗变形能力有一定的改善作用。而且配筋率低的试件,承载力和抵抗变形能力提高的更为明显;受拉区ECC材料的存在改变了钢筋混凝土梁的开裂模式,裂缝呈细密裂纹稳态开展模式变化;冻融循环后的钢筋ECC-混凝土复合梁和钢筋混凝土梁承载力随着冻融循环次数的增加而减小。且配筋率较低和配筋强度较低的试件承载力降低较为明显。相同配筋不同替换高度率的试件,全ECC梁承载力变化较小,体现了ECC材料良好的抗冻性能。 依据普通钢筋混凝土梁的受弯理论分析,在基本假定和ECC材料的拉压本构模型基础上,进行试件受弯全过程分析,建立受弯梁的计算模型,推导出试件受弯各阶段正截面的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载等以及曲率、挠度的计算方法。最后通过与试验结果进行对比,验证了理论分析的合理性。