高强轻集料混凝土构件优化设计与性能研究

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1、武汉理工大学博士学位论文摘要结构轻集料混凝土具有轻质、抗震性好、耐久性高的特点，特别适用于高层建筑、桥梁等大跨度结构工程，以及地质条件复杂和对材料耐久性有特殊要求的重点工程建设，并对各种工程具有广泛意义，其应用前景非常广阔。本论文在对高强轻集料混凝土制备技术与基本材性的研究基础之上，采用试验、有限元模拟与工程应用相结合的研究方法对钢筋及预应力高强轻集料混凝土构件性能进行了深入、系统的研究，揭示了材料与构件之间的相关性，提出轻集料混凝土构件优化设计方法。研究成果为修订《轻集料混凝土结构设计规范》与编制《轻集料混凝土桥梁设计规

2、范》提供了重要的参考，对于促进该类材料广泛用于桥梁结构意义重大。本文进行的主要工作和取得的重要成果有：探明了影响高强轻集料混凝土物理力学性能的主要因素，确定了制备LC40-LC60高强轻集料混凝土的关键技术参数，利用800级高强轻集料与42．5级普通硅酸盐水泥为主要原料制备出具有高工作性能、高性价比的LC40～Lc60轻集料混凝土；回归出LC40～LC60高强轻集料混凝土应力一应变关系数学表达式，为结构设计与有限元分析奠定了理论基础。系统研究了LC40—LC60钢筋轻集料混凝土抗弯构件的性能，研究了钢筋轻集料混凝土构件的正

3、截面承载力、延性、开裂荷载以及破坏特征，验证了普通混凝土结构设计规范公式对于高强轻集料混凝土的适用性，修正了矩形截面梁开裂弯矩计算公式。结合依托工程，设计制作一片20m预应力高强轻集料混凝土实体梁，研究了预应力构件的荷载、挠度、混凝土变形之间关系；利用ANSYS有限元分析软件与计算机技术，建立了有效、适用的预应力轻质混凝土结构有限元模型；利用该模型模拟研究了构件在预应力和荷载作用下的力学行为，以及端部锚固区混凝土应力分布特征，探明了预应力构件端部锚固区混凝土开裂的原因，提出了能够有效解决预应力轻集料混凝土构件端部开裂问题的

4、结构梯度设计方法，确定了构件端部结构与材料最优参数。深入研究了预应力轻集料混凝土构件的长期徐变效应。探明了LC40轻集料混凝土的徐变特性，回归出14d龄期预应力张拉的轻集料混凝土徐变系数公式，推导出有限元分析蠕变准则系数C。值的计算式，为利用有限元模型分析构件的长期徐变效应奠定了基础；模拟研究了构件分别在裸梁状态与使用荷载作用状态下的预应力损失及挠度变化规律，比较了轻集料混凝土与普通混凝土构件长期徐变效应。武汉理工大学博士学位论文系统研究了轻集料混凝土浇注、振捣、养护等施工工艺，预应力张拉工艺与控制方法等轻集料混凝土桥梁工

5、程应用的关键技术，研究结果为轻集料混凝土广泛用于桥梁结构提供了重要参考。研制开发出的LC40高强轻集料混凝土在国家重点工程一孝襄高速公路团山河大桥主体结构和桥面铺装工程得到成功应用，首次在轻集料混凝土桥梁应用了梯度结构设计方法，解决了轻集料混凝土构件端部在预应力张拉过程易开裂、预应力损失大等等应用技术难题，工程应用取得了显著的社会、经济效益。本研究成果还将应用于沪蓉西高速公路后河大桥等其他重大工程。【关键词l轻集料混凝土：钢筋混凝土构件；预应力混凝土构件：本构关系有限元分析；徐变效应II茎坚望三奎堂壁主堂堡丝苎Abstra

6、ctLowdensity,goodresistancetovibrationandhighdurabilityarethecharacteristicsofstructurallightweightaggregateconcretes(SLC)whichareespeciallysuitablefortheconstructionoftong—spanstructuralprojectssuchashi曲buildings，bridgesandkeyprojeelswithcomplicatedgeographyorasp

7、ecialcommandfordurability．TheprioritiesofSLCaresignificanttodifferentprojectconstructionandwillshowwideprosperity．Basedontheresearchofpreparedtechnologyandpropertiesofmaterials，thepropertiesofreinforcedandpre-stressedhighstrengthlightweightaggregateconcretewasstud

8、ieddeeplyandsystematicallywiththemethodofexperiment、finiteelementsimulatingandprojectapplication，Relativityofmaterialandconcretememberwasrevealed．Thedes