组合式高性能纤维混凝土柱永久模板的力学性能研究

发布于 2021-09-23 23:15

一、作者简介

尹世平，中国矿业大学教授/博导，江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室副主任，江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人、江苏省“六大人才高峰” 高层次人才，从事高性能纤维混凝土(TRC、FRC)及其新型结构、FRP筋海砂/珊瑚骨料混凝土结构、复杂环境下混凝土结构寿命预测和加固技术、TRC加固混凝土/砌体结构的抗震及耐久性能研究。

李世昌，博士，中国矿业大学力学与土木工程学院，高性能纤维混凝土(TRC、FRC)及其新型结构。

二、研究背景

当今建筑工业中，使混凝土固定成型采用的模板大多数都是传统模板，通常由木材或钢材制作而成，在整个模板体系中存在着人工、资源及时间等方面的弊端。因此，永久性模板，也被成为免拆模板随之出现。

三、研究内容

纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete，TRC)是一种以纤维编织网为增强材料、高性能砂浆为基体的复合材料，其具有优良的限裂性能，高抗拉强度和耐腐蚀性能，与混凝土具有良好的协调性和相容性。TRC材料制作的薄板轻质高强的特点使其适用于永久性模板结构。TRC永久性模板在施工后与现浇混凝土成为一个整体，可以较好地限制裂缝开展，改善裂缝破坏形式，降低外界环境中腐蚀物质的侵入速度，提高结构整体耐久性，符合全寿命设计理论。
当前研究主要集中在整体性TRC永久性梁、柱模板以及模板拼装节点的研究，对于拼装TRC永久性模板叠合柱的力学性能机理并不明确。为了解决当前整体式TRC永久性模板存在的不足：1) 占据空间大，不易运输；2) 施工中不能拼装，灵活性差；3) 安装钢筋骨架时较为复杂，质量难以保证。
本文通过轴心受压试验分析了拼装式TRC永久性模板叠合柱的力学性能，寻找出一种最优的拼装机制，使TRC永久性模板在工厂中能够简易生产，在应用时便于运输。为此，本试验通过考虑不同永久性模板形式（L型、平板式TRC永久性模板）、不同拼装方式（高强膨胀灌浆料连接、环氧树脂砂浆连接、角钢与螺栓组合连接）、不同拼装方向（横向、纵向）等参数对于TRC永久性模板叠合柱力学性能的影响，对试件破坏过程及模式、极限承载力、荷载-位移曲线进行了相应分析。研究发现，叠合柱的破坏分为3种典型的破坏模式，分别是试件角部断裂破坏、螺栓孔剪切破坏、拼接缝开裂破坏；与素混凝土相比，TRC永久性模板叠合柱在受压状态下能够更好的控制裂缝并改善裂缝开展模式；对比不同的TRC模板形式，平板式TRC模板叠合柱的极限承载力比L形模板叠合柱极限承载力高；对比不同拼装方式，采用螺栓、角钢、高强膨胀灌浆料三者结合的叠合柱极限承载力提高最大；与单个方向拼装的TRC模板叠合柱相比，在两个方向拼装时TRC模板叠合柱的承载能力较弱。最终，基于核心混凝土的有效约束区模型建立了TRC拼装永久性模板叠合柱的极限承载力强度模型，其计算值与试验值具有较好的一致性。

四、结论

上述方案均能保证TRC模板叠合柱拼装处的强度，提高叠合柱的力学性能。在工程实践推广应用中，优先推荐选用试件C3（平板式模板、螺栓与角钢连接）的拼装方法，此时TRC模板制造工艺简单，拼装方便，叠合柱力学性能优越。

欢迎引用：Li, S. and Yin, S., 2021. Research on the mechanical properties of assembled TRC permanent formwork composite columns. Engineering Structures, 247, p.113105.
https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113105

特别感谢：中国矿业大学尹世平教授提供稿件。

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