钢筋混凝土厚板构件裂缝影响及控制研究

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随着经济快速发展,我国对电力能源的需求不断攀升。在绿色发展理念的指导下,我国加大了对核电等新型清洁能源的开发和投入,核电工程等相关建设迎来了巨大的发展机遇。钢筋混凝土厚板构件作为核电工程结构中的重要组成构件之一,由于其尺寸大、混凝土强度高的特点,在实际建造过程中极易出现混凝土的开裂现象。考虑到核安全的重要性,针对厚板构件的相关裂缝问题的研究具有重要的现实意义和广阔的应用前景。文章就厚板构件中的竖向贯穿型裂缝对厚板构件抗剪性能的影响问题,以及抗裂钢筋网片技术对裂缝控制效果进行了研究,主要完成的工作如下:(1)设计并完成了3组共9个大型试件的剪切试验,探究裂缝自愈程度、截面面积、界面钢筋直径对厚板构件裂缝界面抗剪性能的影响,揭示了构件破坏机理,讨论了剪切摩擦理论和规范公式的适用性,并给出了相关计算建议。试验结果表明,裂缝界面的自愈程度是影响试件最终破坏模式的关键,裂缝自愈良好时,试件发生剪压破坏,剪压破坏的极限承载力与钢筋强度、混凝土强度有关。裂缝自愈较差或无法自愈时,试件发生直剪破坏,直剪破坏的极限承载力与界面配筋率、界面粗糙度有关。关于裂缝界面的抗剪验算,一般情况下可采用GB/T 51390-2019公式进行计算,极端特殊情况下可采用fid Model Code 2010公式进行计算,计算结果均保有足够的安全裕度。(2)设计并完成了2组共8个大型试件的受弯试验,探究保护层厚度、网片钢筋直径和间距对厚板构件裂缝控制效果的影响,揭示了钢筋网片抗裂机理,并基于抗裂机理推导出构件的开裂荷载计算公式。试验结果表明,裂缝出现前,钢筋网片主要通过分散弹性阶段的应力、提高塑性阶段的极限拉伸和控制宏观裂缝的形成实现对试件抗裂承载力的提升。裂缝出现后,钢筋网片主要通过粘结力和钢筋约束力实现对试件裂缝宽度的综合控制。当保护层厚度为50mm和80mm,配置6@150、8@150、8@200钢筋网片时,试件开裂荷载可提升27.0%以上、裂缝宽度可减少16.7%以上。基于抗裂机理提出的开裂荷载公式计算结果与试验结果吻合较好,可用于厚板构件开裂荷载的一般计算。(3)基于受弯试验结果,利用ABAQUS有限元软件建立数值模型,从内部应力和损伤的角度对钢筋网片抗裂效果进行补充分析。模拟结果表明,随着保护层厚度的减小、网片钢筋直径的增大、网片钢筋间距的减小,构件损伤程度降低,钢筋网片裂缝控制效果增强,构件刚度和承载力得到有效提升,但整体提升程度有限。
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