再生骨料混凝土梁受弯性能试验研究.pdf
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1、2 0 1 2年 第 3期 (总 第 2 6 9期 ) N u mb e r 3 in 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM CI 正 d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 3 0 2 3 再生骨料混凝土梁受弯性能试验研究 杜朝华a , b ( 郑州大学 a 土木工程学院;b 综合设计研究院,河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要: 以再生骨料替代率和混凝土强度为试验参数, 对 6 根再生混凝土
2、适筋梁受弯性能进行了试验研究。 探讨了再生混凝土梁与普通 混凝土在破坏形态等方面的异同, 并重点分析了不同再生骨料替代率和混凝土强度等级对再生混凝土梁平截面假定适用性、 承载能力、 抗 裂性能等方面的影响。 研究表明: 钢筋再生混凝土梁极限承载力没有降低, 且能够满足现行规范的要求, 但其开裂荷载理论计算值比实测 值大, 不利于工程应用, 建议对再生混凝土梁开裂 关键词: 再生混凝土梁;替代率;受弯性能 中图分类号 : T U5 2 8 0 4 1 文献标 志码 : A 仑 计算值除以 l - 3 进行调整。 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0
3、 7 7 04 E xpe r i men t al s t udy o f t h e f l e x ur a l pr op er t y of r e c yc l e d ag gr eg a t e c onc r e t e be a m s DUZh a o - hu at ( a S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ; b Mu l t i - f u n c t i o n a l De s i g n a n dR e s e a r c hAc a d e my , Z h e n g z h o u Un i
4、v e r s i t y , Z h e n g z h o u4 5 0 0 0 1 , C h ina ) Ab s t r a c t : E x p e r i me n t a l s t u d y o n t h e fl e x u r a l p r o p e r t y o f r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e b e a ms i s c a r r i e d o u t wi th d i ff e r e n t r e p l a c e me n t r a t i o o f r e - c
5、 y c l e da g g r e g a t eand c o n c r e t eg r a d e Th e s i mi l a r i ti e sandd i ffe r enc e so nthef a i l u r emo d e s b e t we e n r e c y c l e da g g r e g a t e c o n c r e te Be a msandn o r ma l o n e s a re d i s c u s s ed Ac c o r d i n g t o v a r i o us r e p l a c e me n t r a
6、 t i o o fr e c y c l ed a g g r e g a t e and c o n c r e t e g r a d e, the i n fl u en c e o n the a s s um p t i o n o f pl ane S e C t i o n, c a r r y i n gc a p a c i t y , c r a c k i n ga b i l i ty, e t c o f r e c y c l e da g g r e g a t e c o n c r e t e b e a ms i s a l s oa n a l y s
7、e d Th e res u l t s s h o wtha t t h e u l t i ma t ebea r i n g c a p a e - i t yo f rec y c l e da g g r e gat e c o n c r e t eBe a msi s n o t r edu c e d, an d c a nme e t the r e q ui r e me n t so f thec u r r e n t s p e c i fic a t i o n, b u t the c alc ul a t i o nv alu eo f the c r a c
8、kl o a dl a r g er than theme a s u r e dv alue , wh i c hi sa g a i n s t the e n g i ne e r i n ga p pl i c a t i o n:Ac co r d i ng l y, i ti s a d v i s e dthatt h e c a l c ul a t e d c rac kl o a dv al- u e o f r e c y c l e d c o n c ret e b e am s s h o u l d b e d i v i d e d b y 1 3 in the
9、 a p pl i c a ti o n Koy WOr d$ : rec y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e b e am s ; rep l a c e me n t rat i o; fle x u r al p rop e r t y O 引言 发达国家对废弃混凝土的再利用研究较早, 对再生骨料及 再生混凝土基本性能进行了系统的研究, 制定出相应的规范规 程, 并且有成功应用的例子 。 而国内起步较晚, 虽也进行了一 些基础性研究 , 有些地方也制定了相应的标准, 公路建设也有 成功应用的例子, 但混凝土 自身的离散性及旧混凝土来源的
10、多 样性, 导致再生混凝土在建筑建造方面尚未得到有效的推广应 用3 , 为了加快再生混凝土的应用, 以再生骨料替代率和混凝土 强度为设计变量, 对 6 根再生混凝土梁进行了正截面受弯性能 试验研究, 对再生混凝土梁承载力、 抗裂性能、 变形以及裂缝等 方面的情况进行了探讨。 1 试验参数及构件设计 6 根受弯梁按照适筋梁配置相同的底部纵向受力钢筋( 图 1 ) , 为了 更接近混凝土的真实受弯工况,在纯弯段内只配置底部受力 筋。 受弯构件变化的参数为再生骨料替代率( 0 、 5 0 、 7 O ) 和混凝 土强度等级( c 3 0 、 C 4 0 ) 。 截面尺寸设计为b x h = 2 0
11、0 mmx 4 0 0 i n i n , 长度均为 - 3 0 5 0 11 1 _i l l 。 采用分级加载的方法 , 每级加载后持荷 5 mi n , 之后再观察裂缝的发展。 在构件尚未开裂时, 每级荷载为 收稿日期: 2 0 1 1 o 9 - 2 O 基金项目:国家 自 然科学基金( 5 0 5 7 8 1 4 8 ) 理论极限荷载的5 , 在加载到开裂荷载的 7 5 之后, 每级加载 荷载调整为理论极限荷载 3 , 直至达到构件的开裂荷载并且大 部分裂缝都已出现为止。 当达到理论极限荷载的 9 0 之后 , 每 级加载荷载调整为理论极限荷载的 3 , 直至构件破坏O 为便于 对试
12、验现象描述, 对试验构件采用代号表示: F B( F l e x u r a l B e a m) 为受弯梁代号 , 第一个数字表示再生骨料替代率( 分别表示 0 、 5 0 、 7 0 ) , 第二个数字表示混凝土强度等级( 1 和 2分别表示 C 3 0和 C 4 0 ) , 例如: F B 0 1 表示再生骨料替代率为 0混凝土强 度等级为 C 3 0的受弯梁。 l A I B 30 5 0 I A I 胆 亟 A A戴面 B B 截面 图 1 再生骨料混凝土受弯构件( 单位 : mm) 7 7 2 裂缝的发展和破坏形态 3 平截面假定适用性 试验发现, 再生混凝土梁的裂缝发展过程与普通
13、钢筋混凝 土梁相似, 依据裂缝出现的先后和发展形态的不同, 其裂缝发 展大致分为以下三个阶段: 第一阶段 : 受弯试验梁纯弯段内竖向裂缝的出现阶段, 荷载 一 般是从开裂荷载到构件极限荷载的 3 5 左右。 当构件加载到 开裂荷载时, 一般在跨中位置出现第一条竖向裂缝 , 这时梁底 纯弯段内混凝土承受的拉应力转移到了裂缝处底部纵筋上, 纵 筋应变曲线出现弯折点。 由于试验梁底部混凝土拉应力的转 移 , 随着荷载增加, 一般不出现新的裂缝, 此时跨中第一条竖向 裂缝向上延伸, 但宽度和长度增加很慢 , 当荷载加载到试验梁 极限荷载的2 5 左右时, 在两加载点之间即纯弯段内相继出现 其他竖向裂缝
14、, 直到极限荷载的 3 5 , 纯弯段内裂缝数 目达到 一 个相对稳定值, 称为第一批裂缝。 第一批出现的竖向裂缝都在 纯弯段内, 这批裂缝有短而细的特点 , 均在中和轴以下, 并且这 批裂缝一般在箍筋位置, 裂缝间距也跟箍筋间距相当, 造成这 种现象的主要原因有以下两个方面, 一方面是因为在同级荷载 下纯弯段内弯矩是最大的, 致使混凝土的拉应力较大 ; 另一方 面是因为箍筋截面处底部混凝土的保护层相对纵筋位置保护 层薄 。 第二阶段 : 受弯试验梁竖向裂缝发展及弯剪段裂缝出现, 荷 载一般是从试验梁极限荷载的 3 5 到钢筋即将屈服。 在此阶 段 , 随着荷载的增加, 纯弯段内的竖向裂缝缓慢
15、发展, 但宽度和 长度发展都不大, 还是在中和轴以下发展; 同时在第一批裂缝 之间也出现了更为细小的竖向裂缝, 这些裂缝一般都在梁的中 性轴以下 , 发展极为缓慢。 在荷载快到达到钢筋屈服荷载时, 试 验梁弯剪段中下部出现了细小的斜裂缝, 这些裂缝特点是细而 长, 沿着裂缝长度方向加载点和梁底发展, 这阶段裂缝称为第 二批裂缝 。 第三阶段: 受弯试验梁竖向裂缝急剧发展至破坏阶段, 荷 载一般是从梁底纵向钢筋屈服荷载到极限荷载 , 在此阶段几 乎没有新的裂缝产生。 当荷载增加到底部纵筋屈服之后 , 跨中 竖向最大宽度裂缝宽度和长度急剧发展 , 延伸至中和轴以上 , 梁顶混凝土压应力至极限压应变
16、而被压碎 , 试验梁破坏 。 在此 阶段, 纯弯段内除了第一批箍筋处裂缝发展至中和轴以上, 其 他竖向裂缝发展很小; 弯剪段的斜向裂缝只是长度有所发展 , 宽度几乎不变。 典型的受弯试验梁最终裂缝发展形态如图 2 所示 f a ) FB一 0 2 粱 ( b ) F B一 5 0 一 l 梁 图 2 受弯梁裂缝发展形态 从图2中可以看出, 与普通钢筋混凝土梁相比, 纯弯段内 钢筋再生混凝土梁裂缝最终形态相似 , 主要差别在于钢筋再生 混凝土梁竖直裂缝的间距较普通钢筋混凝土梁小, 且在箍筋截 面处发展较长裂缝之间存在细小短裂缝 , 分析其原因主要是在 同强度等级配合比下, 再生混凝土的较低 ,
17、拉应力相同时, 易 开裂。 7 8 受弯构件正截面弯曲变形后, 在纵向受拉钢筋的应变达 到屈服之前及达到的瞬间, 截面上各点应变与该点到中和轴 的距离成正比, 截面平均应变保持为平面, 即为平截面假定。 平截面假定是混凝土理论计算的重要假定之一 , 是我国现行 G B 5 0 0 1 0 -2 0 1 0 混凝土结构设计规范 中受弯构件理论计算 的基本前提。 图 3为不同再生骨料替代率下钢筋再生混凝土梁 在不同荷载等级下混凝土应变沿梁截面高度的变化曲线 , 由图 可以看出, 在试验过程中, C 3 0 、 C 4 0两种混凝土强度等级下不同 再生骨料替代率再生混凝士梁与普通混凝土梁一样 , 基
18、本符合 平截面假定, 即平截面假定是适用于再生骨料混凝土梁的。 4 0 0 3 5 O 量3 0 0 鞭 柩 1 0 0 5 O O 。 +1 O k N +2 0k N _ 4 0k N * _ 6 0k N +8 0k N +1 0 Ok N +1 2 0k N 1 一 1 0 0 0 0 1 0 0 0 20 0 0 3 0 0 0 40 0 0 应 变 1 0 ( a ) C3 0 4 0 0 3 5 O 皇3 O O 匿1 5 0 辍 1 0 0 50 0 : +1 0 k N - _ 2 0 k N - 4 0k N , 6 0k N +8 0k N +l O 0k N +l 2
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