机制砂再生粗骨料混凝土配筋柱偏心受压承载力的计算方法.pdf
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1、第 3 6卷第 5期 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) V o 1 3 6 N o 5 2 0 1 5年 1 0月 J o u r n a l o f N o a h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r R e s o u r c e s a n d E l e c t r i c P o w e r( N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ) O c t 2 0 1 5 DOI : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 25 6 3 4 2 01
2、 5 0 5 0 0 9 机 制砂再 生粗骨料混凝 土配筋柱 偏 心受压承载 力的计算 方法 李凤兰, 任访春 ,苏延峰 , 杨亚彬 ( 华北水利水 电大学, 河南 郑州 4 5 0 0 4 5 ) 摘要 : 介绍 了机制砂再 生粗 骨料混凝土配筋柱 的小偏 心和 大偏心受 压承 载力试 验成果 , 分 析 了长 细 比和 初始偏 心距分别对配筋柱 正截面应变分布 、 混 凝土和 钢筋应 变 、 侧向挠 度 、 破 坏形 态 、 极 限承载 力等 的影响 规律 通过与现行规 范相应 计算 公式 的计算结果对 比 , 基于混凝土材料性能 与结构受力 的相关 机理 , 系统分析 了 机制砂再生粗骨
3、料混 凝土配筋柱偏心受压承 载力 的主控因素 , 并对偏 心受 压承载力的计算提 出了建议 关键 词 : 机制砂再生 粗骨料混凝土 ; 配筋柱 ; 小偏 心受 压 ; 大偏心受压 ; 长细 比; 初始偏 心距 ; 承载力 中图分类号 : T U 5 2 8 ; T V 3 3 2 文献标识码 : A 文章 编号 : 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 5 ) 0 50 0 3 9 0 5 随着建 筑 产业 向 以生 态 、 环保 、 节 能 、 利 废 为 特 征的绿色方 向的发展 , 加 之对天然砂资源 的大力保 护 , 以利用 城市 建设 废弃 混凝 土 为 目标 的再 生 骨
4、 料 混 凝 土 、 以替代 天 然 砂 为 目标 的机 制 砂 混 凝 土 逐 步 得到重视 , 并得 以迅速推广应用 本文作者 曾提 出 以机制 砂 和再 生粗 骨 料 配 制 混 凝 土 , 从 而 形 成 了 介 于 机制砂 混 凝 土 、 再 生 骨 料 混凝 土 之 间 的一 种 新 型 绿 色混凝 土 , 更 能发 挥这 两种 骨料 的优 良特性 、 更 加突出混凝土生态环保 的绿色特质 在新 型混凝土应用 于实 际工程结构之前 , 需研 究其结构受力性能及合理 的设计方法 对于再生骨 料 混 凝土 , 有 关学 者 已完成 了考 虑 初始偏 心 距 、 再 生 骨 料 取代 率
5、 、 混凝 土强 度 、 长细 比、 初 始偏 心 距 、 配置 5 0 0 MP a级 钢筋 等 主要参 数影 响 的静 载轴 心 受压 和 偏 心 受压 试验 研 究 , 得 到 了关 于 柱 承 载力 和延 性 性 能方 面 的研究 成果 本文在第 1 批机制砂再生粗骨料混凝土配筋柱 大偏 心受 压承 载力 试验 研 究 的基 础 上 , 补充 进 行 了第 2批机 制砂 再 生粗 骨料混 凝 土配 筋柱 小偏 心 和大偏心受压性能试验研究 , 通过与应 用现行规范 中的计算公式所得的计算结果 的对 比, 阐述 了机制 砂 再 生粗 骨料 混 凝土 配筋 柱偏 心受 压 承载 力 的主要
6、 控制因素及其影响机理 , 提 出了偏心受压承载力计 算建议 1 试验 概况 再 生粗 骨 料 由实验 室废 弃 的混凝 土梁 用颚式 破 碎机经过初碎 、 二次破碎和筛分得到 , 外形与天然骨 料 接 近 通 过 试 验 测 试 骨 料 粒 径 按 单 级 配 5 0 1 0 0 m m、 1 0 0 2 0 0 m m、 2 0 02 6 5 m m 的质 量 比4 : 3 : 3混合 , 得 到最大粒径 2 6 5 mm的连续级 配 细骨料 为机 制砂 水 泥 为 P 0 5 2 5普 通硅 酸盐 水泥 , 2 8 d抗折强度 9 2 MP a 、 抗压强度 5 3 5 MP a 外 加
7、 剂为 聚羧 酸高 效减 水剂 , 拌合 水 为 自来 水 柱的纵 向受 拉 和 受 压 钢 筋 均 为 HR B 3 3 5级 2 4 d 2带肋 钢 筋 , 实 测 屈 服 强 度 4 2 0 M P a 、 极 限抗 拉 强度 6 2 5 MP a 、 弹 性 模 量 2 0 21 0 M P a 、 屈 服应 变 0 0 0 2 1 纵向配筋率均为 1 0 3 , 采用对称配筋 , 混凝 土保 护 层 厚 2 5 mm 箍 筋 为 H P B 2 3 5级 8 1 0 0 m m ( R C 1 和 R C 2系列 ) 或 6 8 5 0 m m( R C 3系 列 ) 光 圆 钢筋
8、试验以长 细比( z 。 i ) 和初始偏心距 ( e 。 ) 为主 要因素 柱的端部设有牛腿以便偏心加载 在每次浇 筑试件时, 伴随浇筑混凝 土标准试块 , 用于测混凝土 收 稿 日期 : 2 0 1 5 0 82 1 基金项 目: 河 南省教育厅 科学 技术 研究 重 点项 目资 助计 划 ( 1 3 A 5 6 0 7 0 1 ) ; 河 南省 新型 城镇 建筑 技术 协 同创 新 中心 ( 教科 技 2 0 1 3 6 3 8号 ) 作 者简介 : 李风 兰( 1 9 6 4 一 ) , 女 , 河北武 邑人 , 教授 , 硕士 , 主要从事 混凝 土结构设计理论与应用等方 面的研究
9、4 0 华 北 水 利 水 电 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) 的实际 强 度 ( 立 方体 抗 压强 度 = 轴 心 抗 压 强 度 、 劈 裂抗 拉 强 度 ) 试 验 柱 的 编 号 与 参 数 组 合 见 表 1 , 其 中 编 号 含 义 为 : 配 筋 柱 R C组 号 一初 始 偏 心 距 e ( e l l 1 ) 。 A和 B表 示每 组有 2根 柱 试验 加载设 备 为 5 0 0 0 k N 四柱 液 压试 验 机 加 载 装 置和 测点 如 图 1 所 示 为 了保证 两端 铰 支 , 在 构 件上下两端设置滚轴 铰支座 加载过程及加载设备 的设汁安 装均 按
10、 照 混凝 土结 构 试验 方 法标 准 ( G B T 5 0 l 5 2 2 0 1 2 ) 的 规 定 进 行 试 验 量 测 主 要 内容 为柱 中截 面纵 向 钢 筋 和混 凝 土 的应 变 , 受 压 混 凝土 的 应变 、 裂缝 宽 度 、 柱 中截 面 的侧 向位 移 、 截 面开 裂荷 载和 极 限 承 载 加 载 前 先 进 行 几 何对 中 并预 加载 5 k N, 安装 位移 计 及 连接 应 变 片 至 采集 仪 器 , 检测 调 整试验 装 置至 正常 _T作 正 式加 载实 行 分 级 , 每级 持 荷 8 m i n , 加 载 值 取 极 限 承 载 力 的
11、l 1 0 试 件开 裂前 , 加 载值 达 到开 裂 荷 载 的 6 0 以后 , 每 级按 l 0 k N加载 并 注 意 观 察 柱 受 拉 区 裂缝 情 况 找 到 开 裂荷载 后 , 恢 复到 原来 的每 级 加载值 当加载 值 达 到 极 限承载 力 的 9 0 以后 , 每级加 载值 降 为原 加 载值 的 1 21 3 各试 件 的承载 力极 限状 态 见表 1 为 了偏于综 合 分析 , 表 1中 同时 列 出 了第 l 批 试 验 柱 的主要 测试 成果 表 1 试 验 柱 实 测 性 能 参 数 图 1 加 载 装 置 及 测点 布置 图 注 : 表巾带 表示第 1 批试
12、验 2试验结果分析 2 1混 凝土 应 变分 析 为 了验 证试 验 柱正 截面 应变 在轴 向荷 载下 是 否 仍 符合 平 截 面 假 定 及 找 到 柱 中截 面 应 变 的变 化 规 律 , 在柱 中截面 对称 布 置 4个 应 变测 点 各 柱正 截 面 混 凝土 应 变 与 荷 载 的 关 系 曲 线 如 图 2所示 由 图 2 可 知 , 各 试 验 柱 正 裁 面 应 变 分 布 基 本 符 合 平 截 面 似 定 试 验柱 中受压侧 混 凝 土的应 变 与荷载 关 系 曲线 如 图 3所 示 , 其 中 R C 21 5 B、 R C 3一l 5 A 1 5 B均 未 能测
13、得 各 自破 坏 位 置 的 应 变 , 应 变 数 值 在 0 0 0 2 0 和 0 0 0 2 7之间 ; R C 1一l 5 B应 变数 值 为破 坏前 一 级 荷 载下 的混 凝 土 最 大 应 变 , 为 0 0 0 3 1 ; R C l一1 5 A 和 R C 21 5 A的混凝 土 最大 压应 变数 值均 对应 于 各 自破 坏 位 置 , 分 别 为 0 0 0 3 l和 0 0 0 3 2 考 虑 到 试 验 测 试 时 的 各 种 影 响 因 素 , 各 大 偏 心 受 压 柱 的 混凝 土 极 限压 应 变 可 达 到 混 凝 土 结 构 设 计 规 范 ( GB 5
14、 0 0 l 0 2 0 1 0) 规定 的普 通 混 凝 土 极 限 压 应 变 值 0 0 0 3 3 对 于 小偏 心 受 压 柱 R C 36 A 6 B, 极 第 3 6卷第 5期 事风 皇, 等 : 机制砂冉 牛粗骨 料混凝土配筋桂偏心受 j 承载 J 的计算方法 4 限 K 应 变达 到 _r 0 0 0 2 3币 0 0 0 2 7 , 受 压边 缘 混凝 土 被压 碎 1 2 0 E 1 0 0 8 0喜 6 0茹 I 旦 投 、 、 o 0 1 2 0 0 - 8 0 o - 4 O O I 、 、 s 应 变( 1 0 ) 4 0 、 一 3 0 k N 5 0 k N
15、J D 一 1 4 0 k N +2 0 0 k N 。 0 一 2 6 0 k N _ I 3 2 0 k N 。 1 b o 3 8 0 k N 3 6 0 k N 1 5 0 0 k N- 5 3 0 k N 1 2 0 g 1 0 0鑫 : 4 1 1 00 k kN N : 、 、 - 4 0 6 0 器 N +: 2 0 0 0 8 0 0 4 O O l I 2 0 4 0 0 8 0 0 1 2 0 0 1 I 4 0 应 变( 1 0 一6 0 t 一8 0 t 0 0 、 1 0 v ln ( c R C3 1 5 A 一 120 100 差 80 4o 器 2 0 0 o
16、 - 1 6 0 0 - I 2 0 0 8 0 0 4 0 0 ) 2 应变( 1 0 ) 2 Ok N r 4 0k N 一 6 Ok N1 2 Ok N 十1 8 0 k N+_ 2 4 0 k N 3 0 o k N 3 6 0k N 一 A nl , I A nl , f I 1 1 2 。 1 0 0 、 、 5 。 1J 、- n D O一 8 0 0 6 O O一 4 O O一 I 加 、 、 1 0 0k N一 r 2 0 0k N 3 0 0 k N 。 4 O 0 k N _ 一 5 0 0 k N 6 0 0k N 7 0 0k N 一+ 一 8 o 图 2试 验 柱
17、中 截 面 混 凝 土 应 变 曲线 图 3受 压 侧 混 凝 土 应 变 与 荷载 关 系 曲线 2 2钢筋 应变 分 析 大偏 心受 压柱 的 中截 面受 拉 和受压 钢筋 的应 变 与荷 载 关 系 曲 线 如 图 4所 示 R C 21 5 A和 R C 3 1 5 B未 能测 得 对 应破 坏 位 置 的 钢 筋 最 大 受 压 应 变 , 应 变 数值 分 别 为 一 0 0 0 1 8和 一 0 0 0 1 9 , 其 余 各 柱 在 破坏 或 破坏 前 一级 荷载 作用 时 的受托 和 受乐 钢筋 应 变均 达 到或 超过 钢 筋 矧 服 应 变 0 0 0 2 1 六 I 此
18、 , 可 以认 为柱 在 大偏心 受 压破 坏时 柱 中截 面受拉 和 受压 钢 筋均 处 于 屈 服 状 态 小 偏 心 受 压 柱 RC 36 A 6 B 达 到极 限 承载 力时 , 靠 近 轴 向 压 力 一侧 的钢 筋 的应 变均 达到 或超 过 钢筋屈 服 应变 0 0 0 2 1 , 远 离轴 r n 】 压 力一 侧 的钢筋 仍 处于 弹性 受拉状 态 II 簇 500 : 一 30 0 0 - 20 0 0 一 1 0 0 0 0 l 0 0 0 20 0 0 30 0 0 应变( 1 0 ) 图 4柱 中钢 筋 应 变 与荷 载 关 系 曲 线 2 3侧 向挠 度分 析 两
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