中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析.pdf
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1、第 1 7卷第 4期 2 0 1 4年 8月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG MATERI AL S Vo1 1 7 NO 4 Au g , 2 0 1 4 文章编号 : 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 4 ) 0 4 0 6 2 7 0 7 中空夹层 钢管再生混凝土短柱 受压性 能分析 董 江峰 , 袁 书成 , 侯 敏 , 王清远 ( 1 四川 大学 建 筑与 环境 学 院 ,四川 成都 6 1 0 0 6 5 ; 2 四川 大学 能 源工 程安 全 与灾 害力学 教育 部重 点实 验室 ,四川 成都 6 1 0 0 6 5 ) 摘 要 :为
2、了研 究震 后 建 筑废 弃物再 生 混凝 土材 料 及 其 钢 管短 柱 的 力 学性 能 , 以混凝 土的 再 生骨 料 取代率为主要参数 , 分别进行 了 1 0个圆中空和 1 0个方中空夹层钢管再 生混凝土短柱的轴压试验 研 究, 比较 了试件的荷栽一 变形 曲线和极 限承载力关 系 结果表明: 随着再生骨料取代率的增大, 试 件 的极 限承 载 力逐 渐 降低 , 1 0 0 再 生骨 料 取 代 率 的 圆 中 空试 件 和 方 中 空试 件 比 原 生 骨料 试 件 的 极 限承载 力分 别 下降 1 6 和 1 0 在 确 定试件 钢 材和核 心再 生混 凝 土的 应 力一 应
3、 变模 型 的基 础 之 上 , 利用数值计算方法对 中空夹层钢管再生混凝土的荷载一 应变全过程关 系进行 了分析 , 理论计算 结 果与 试验 结果 吻合 较好 建 立 了中空 夹层 钢 管再 生混凝 土 轴压试 件极 限承 载 力的 实用验 算方 法 关键 词 : 再 生混凝 土 ;钢 管混凝 土 柱 ;力 学行 为 ;承载 力 中 图分 类号 : TU3 7 5 1 文 献标 志码 : A d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 4 0 4 0 1 2 M e c h a n i c a l Be ha v i o r Fi
4、 l l e d Do u b l e o f Re c y c l e d Ag g r e g a t e Co nc r e t e S ki n S t e e l Tu b e Co l u mns DONG J i a n g f e n g , Y U AN S h u c h e n g , HOUMi n 。 , WANG Q i n g y u a n ( 1 Co l l e g e o f Ar c h i t e c t u r e& En v i r o n me n t ,S i c h u a n Un i v e r s i t y ,Ch e n g d u
5、 6 1 0 0 6 5,Ch i n a +2 Ke y La b o r a t o r y o f En e r g y En g i n e e r i n g S a f e t y a n d Di s a s t e r M e c h a n i c s ,Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n ,S i c h u a n Un i v e r s i t y ,C h e n g d u 6 1 0 0 6 5,C h i n a ) Abs t r a c t :I n o r d e r t o s t ud y t he m e c h
6、 a ni c a l p r op e r t i e s o f t he r e c y c l e d a g gr e g a t e c on c r e t e a n d i t s s t e e l t ub e c o l um n s ma de f r o m e a r t hqu a ke wa s t e,t we n t y s t e e l t u be c o l umns f i l l e d wi t h r e c y c l e d a g gr e g a t e c on c r e t e, whi c h c o m p r i s i
7、 n g o f t e n do ubl e s ki n c i r c u l a r a n d t e n d ou bl e s ki n s qu a r e s e c t i on s c ol u m n s,we r e p r e pa r e d Th e ma i n e x p e r i me n t a l p a r a me t e r s i n c l u d e d t h e r e p l a c e me n t r a t i o o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e s ,i e
8、 0 , 25 ,5 0 ,7 5 a nd 1 00 ,a n d t he c r o s s s e c t i o ns of s t e e l t u be c o l umns ,i e c i r c ul a r or s qu a r e s e c t i on s The r e s ul t s s h o w t h a t t he s t r u c t ur a l p e r f o r m a nc e of s t e e l t u be c ol u m ns f i l l e d wi t h r e c y c l e d a gg r e g
9、 a t e c o n c r e t e i s s i mi l a r t o t ha t f i l l e d wi t h no r ma l c on c r e t e The l o a d - de f o r m a t i o n c u r v e s a nd t he s t r a i ns r e s p o ns e we r e c o m p a r e d The r e s ul t s a l s o s ho w t ha t t he l o a d c a r r y i ng c a p a c i t y be c o m e s w
10、e a k e r a s t he r e pl a c e m e nt r a t i o o f r e c y c l e d c o a r s e a g gr e g a t e s i s hi gh e r The c o m p r e s s i v e l o a d v e r s us di s p l a c e m e nt o f t he s t e e l t ub e c o l umns we r e c a l c u l a t e d a c c o r d i ng t o t he s t r e s s s t r a i n r e l
11、 a t i o ns hi p o f t he s t e e l t u be s a nd t he r e c y c l e d a g gr e g a t e c o nc r e t e I t i s f o un d t ha t t he c a l c ul a t e d r e s ul t s a r e i n g oo d a gr e e m e nt wi t h t he e x pe r i m e nt a l o ne s Fi n a l l y,t he l o a d c a r r y i ng c a p a c i t y o f t
12、 he c o l umns wa s a l s o c a l c ul a t e d b y t h e r e l a t i v e d e s i gn r u l e s The r e s u i t s s h o w t h a t t h e t h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o n s c o r r e l a t e r e a s o n a b l y we l l wi t h t h e e x p e r i me n t a l d a t a Ke y wo r d s :r e c y c l e d
13、a g g r e g a t e c o n c r e t e ;s t e e l t u b e c o l u mn;s t r u c t u r a l b e h a v i o r ;l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y 收稿 日期 : 2 0 1 3 - 0 3 2 0 ;修订 日期 : 2 0 1 3 0 5 0 5 基金项 目: 国家 自然科学基金资助项 目( 1 1 3 2 7 8 0 1 ) ; 中国博士后科学基金资助项 目( 2 0 1 3 M5 4 2 2 7 7 , 2 0 1 4 T7 0 8 7 0 ) 第一作者
14、: 董江峰( 1 9 8 2 一) , 男 , 山西运城人 , 四川 I 大学博士后 E ma i l : d o n g j f S C U e d u c n 通信作者 : 王清远( 1 9 6 5 一 ) , 男 , 重庆人, 四川大学教授 , 博 士生导 师, 博 士 E ma i l : wa n g q y S C L 1 e d u c n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 2 8 建筑材料学报 第 1 7卷 2 0 0 8年汶川 I 地震 导致大量 的建筑结构倒塌或 损坏 , 产生 了巨量 的建筑垃圾 探索建筑垃圾 , 特别 是废弃混凝土的有效
15、利用 , 不仅可以解决灾后重建 中面临的大量建筑废弃物问题, 还可 以避免天然骨 料的过度消耗 , 降低建筑成本 , 保护 自然资源和生态 环境 , 具有重要的工程应用价值和社会 意义 然 而, 由于再生骨料存在的一些缺陷 , 致使再生混凝土的 承载力 较低 , 韧 性 和 塑 性 较 差 , 无 法 满 足 工程 应 用 要求 钢管混 凝土 是 由钢 管 和核心 混凝土共 同承受 外 部荷载作用的结构构件 , 其主要优点是承载力强 , 延 性好 , 抗震 性能 良好 , 抗 火 和防火 性能 好 _ 3 _ 中空 夹 层钢 管混 凝土是 在钢 管混凝 土基 础上发 展起 来 的一 种新 型
16、钢管混凝 土 , 它主要 是将 2个 钢管 同心 放置 , 并 在 2 个 钢管 的夹层 之 间灌注混 凝土 而形 成 的一种 比钢管混凝土更为合理 的结构形式 这种结构形式 受 到 了国 内外 研 究 人 员 的青 睐 , 主 要 因 为 它 不仅 具备实心钢管混凝土的优点, 而且 自重轻 、 刚度大、 耐火性 能 良好 , 能够 被 用 作跨 越 深 谷 的铁 路 桥 和 公 路桥的高桥墩以及海洋平 台结构的支架柱_ 5 , 具有 良好 的工程 应用 背景 6 钢管再生混凝土是将再生混凝土浇注在钢管 中 形成 的结 构形式 , 它 既是 钢 管 混凝 土 的一 种推 广 应 用 , 也是
17、再 生混凝 土应 用 到 结 构构 件 中的 一种 新 形 式 钢管的约束作用使其 内部混凝土处于三向受力 状态 , 改善 了核心 混凝 土 的受力性 能 , 提 高 了再 生混 凝土的工程应用价值 目前 , 已有学者对实心钢管再 生混 凝 土 进 行 过 试 验 研 究 、 理 论 分 析 和 数 值 计 算 , 但对 于 中空夹层 钢管 再生混 凝 土的研 究还较 少 因此 , 本文 在研究 都江 堰灾 区建筑 废弃物 基 本物 理和力学性能的基础上 , 分析了 5种再生骨料取代 率 下 中空 夹 层钢 管 再 生混 凝 土 的荷 载一 应变 全 过 程 关 系 , 建 立 了中 空夹 层
18、 钢 管再 生 混 凝 土轴 压 试 件 的 极 限承 载力计 算 方 法 , 为 震后 中空 夹 层钢 管 再 生 混 凝 土 的研 究 和应用 提供 了参考 1 试 验部分 1 1试验 材料 水泥采用 3 2 5 R峨眉牌普通硅酸盐水泥 ; 砂采 用天然 河砂 ; 拌 和 水 为城市 自来水 ; 天然 粗骨 料 ( NC A) 为连续级 配 的碎石 ; 再 生粗 骨 料 ( R C A) 选 取 2 0 0 8 年 汶川 地震都 江堰灾 区倒 塌建筑 的 C 3 o 框 架 混 凝土 , 经破碎 和筛 分 而成 试 验前 对 NC A 和 R C A采 用同一筛网筛分, 选用粒径为 2 3
19、 6 3 1 5 0 mm的连 续 级配 骨料 , 其基本 性能参 数 见表 1 表 1 试验用骨料性能指标 Ta bl e 1 Pa r a me t e r s o f c o a r s e a g g r e g a t e s Bu l k Ap p a r e nt W a t e r Cr u s h i n g Ag g r e g a t e d e n s i t y d e n s i t y a b s o r p t io n i n d e x ( k g m一 。 ) ( k gm )( b y r i x a s s ) ( b y ma s s ) 按 照再生
20、 骨料取 代率 ( r ) 为 O , 2 5 , 5 0 , 7 5 和 1 0 0 , 浇 注 尺 寸 为 1 5 0 mm 1 5 0 mm 1 5 0 mm的再生混凝土立方体试块 , 测定其 2 8 d抗 压 强度 和劈裂抗 拉强 度 , 结 果列 于表 2 表 2 再生混凝土物理和 力学指标 TaM e 2 Par a m et e rs of RC A c onc r et e y ma s s ) S 1 u mp , De n s i t y co mp n g t res h s i v m m ( k s m - s ) “ : P 试验 用 圆钢管 ( C S ) 和方
21、钢 管 ( S S ) 均 为直 缝 焊 接 的 Q2 3 5钢 , 厚 度 为 1 4 mm, 由钢 材标 准拉 伸试 验 测得其主要力学参数如表 3 所示 表 3 钢管的主要力学性 能 Ta b l e 3 M e c h a n i c a l p r o pe r t i e s o f s t e e l t u b e s 1 2试件设 计及 准备 中空夹层 钢 管 中填 充 的核心 再生混 凝 土按 照强 度等 级为 C 3 5的配 合 比进 行 设计 每 种 再 生 粗骨 料 取代 率下分 别制 作 圆中空 和方 中空 2 种 中空夹层 钢 管再生混凝土试件, 其截面形式如图
22、l 所示 , 钢管长 度 ( L) 均为 4 0 0 mm 为 了保 证 内 、 外 钢 管 在 浇 注 混 凝 土过程 中始 终处 于 同心 的 位 置 , 在 浇 注 混 凝 土前 先将 内、 外 层钢 管 的一端 定 位 后 焊 接在 一 块 方 盖板 上 ( 下部钢 管盖 板 ) 浇 注混 凝 土 时要 求 浇 筑 面 略 高 于钢管面, 待混凝土硬化后 , 再用打磨机将高出部分 打磨使之与钢管面成同一平面, 用水平 尺校准后粘 结 上部 钢管盖 板 , 室温下 养护 2 8 d后 进行试 验 3 定义再生混凝土的约束效应 系数 : 一 A 。 f 。 ( A f c k )一 。 f
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