基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究.pdf
《基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 卷第期 年月建筑科学与工程学报J o u r n a l o fA r c h i t e c t u r ea n dC i v i lE n g i n e e r i n gV o l N o J u l y 引用本文:周静海,吴晓鑫,于杭琳,等基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究J建筑科学与工程学报,():Z HOUJ i n g h a i,WUX i a o x i n,YU H a n g l i n,e t a l S t u d yo nf l e x u r a lp e r f o r m a n c eo f r e c y c l e dc o n c
2、r e t eb e a m sw i t hw a s t ef i b e rb a s e do nf r a c t a lt h e o r yJ J o u r n a l o fA r c h i t e c t u r ea n dC i v i lE n g i n e e r i n g,():D O I:/j j a c e 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目();辽宁省教育厅青年基金项目(l n q n );辽宁省高等学校创新团队项目(L T );中央高校基本科研业务费专项资金项目()作者简介:周静海(),男,工学博士,教授,博士生导师,E m a i l:z h
3、 o u j i n g h a i s j z u e d u c n.基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究周静海,吴晓鑫,于杭琳,赵琦,张广祺(沈阳建筑大学 土木工程学院,辽宁 沈阳 )摘要:为了定量分析不同再生骨料取代率、不同废弃纤维掺量的废弃纤维再生混凝土梁的受弯开裂及裂缝发展特征,基于分形理论研究了不同再生骨料取代率、废弃纤维体积掺量钢筋混凝土梁构件的弯曲开裂演化过程;运用盒计数法理论对废弃纤维再生混凝土梁表面裂缝分布特征进行了分析,进而研究了再生骨料取代率、废弃纤维掺量对试件受弯性能的影响规律.结果表明:废弃纤维再生混凝土梁表面裂缝分布的分形维数在 之间,荷载和跨中挠度的
4、增大对分形维数的变化有较大影响;随着废弃纤维掺量的增大,分形维数呈先减小后增大的趋势,在极限状态下,随着再生骨料掺量增大,分形维数变大;分形维数可以描述裂缝的发展过程,F R C 的分形维数最接近N C ;分形维数越小,梁的受弯性能越好,梁表面裂缝分形维数可作为衡量梁受弯性能的指标;采用分形维数分析试件的受弯性能可作为梁受弯性能研究及评定的一种有效技术手段.关键词:废弃纤维再生混凝土;简支梁;受弯性能;分形维数中图分类号:TU 文献标志码:A文章编号:()S t u d yo nf l e x u r a lp e r f o r m a n c eo f r e c y c l e dc o
5、 n c r e t eb e a m sw i t hw a s t ef i b e rb a s e do nf r a c t a l t h e o r yZ HOUJ i n g h a i,WUX i a o x i n,YU H a n g l i n,Z HAOQ i,Z HANGG u a n g q i(S c h o o l o fC i v i lE n g i n e e r i n g,S h e n y a n gJ i a n z h uU n i v e r s i t y,S h e n y a n g ,L i a o n i n g,C h i n a
6、)A b s t r a c t:I n o r d e rt o q u a n t i t a t i v e l y a n a l y z et h ef l e x u r a lc r a c k i n g a n d c r a c k d e v e l o p m e n tc h a r a c t e r i s t i c so fr e c y c l e dc o n c r e t eb e a m sw i t h w a s t ef i b e ru n d e rd i f f e r e n tr e c y c l e da g g r e g a
7、t er e p l a c e m e n t r a t e s a n dw a s t e f i b e r c o n t e n t,t h e e v o l u t i o np r o c e s so f f l e x u r a l c r a c k i n go f r e i n f o r c e dc o n c r e t eb e a m s w i t h d i f f e r e n tr e c y c l e da g g r e g a t er e p l a c e m e n tr a t e sa n d w a s t ef i b
8、 e rv o l u m ec o n t e n tw a ss t u d i e db a s e do nf r a c t a l t h e o r y T h eb o xc o u n t i n gm e t h o dw a su s e dt oa n a l y z et h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f c r a c k so nt h es u r f a c eo f r e c y c l e dc o n c r e t eb e a m sw i t hw a s t e
9、f i b e r,a n dt h e nt h ee f f e c t so f t h er e p l a c e m e n tr a t eo f r e c y c l e da g g r e g a t ea n dt h ea m o u n to fw a s t ef i b e ro nt h ef l e x u r a lp e r f o r m a n c eo ft h es p e c i m e n sw e r es t u d i e d T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ef r a c t a ld i m
10、 e n s i o no fc r a c kd i s t r i b u t i o no nt h es u r f a c eo fr e c y c l e dc o n c r e t eb e a m sw i t h w a s t ef i b e ri sb e t w e e n a n d ,a n d t h e i n c r e a s eo f l o a da n dm i d s p a nd e f l e c t i o nh a s a s i g n i f i c a n t i m p a c t o nt h ec h a n g eo f
11、f r a c t a ld i m e n s i o n W i t ht h e i n c r e a s eo fw a s t ef i b e rc o n t e n t,t h ef r a c t a ld i m e n s i o nt e n d s t od e c r e a s ef i r s ta n dt h e ni n c r e a s e I nt h eu l t i m a t es t a t e,t h ef r a c t a ld i m e n s i o ni n c r e a s e sw i t ht h e i n c r
12、e a s eo f r e c y c l e da g g r e g a t ec o n t e n t F r a c t a ld i m e n s i o nc a nd e s c r i b et h ed e v e l o p m e n tp r o c e s so f c r a c k s,a n d t h e f r a c t a l d i m e n s i o no fF R C i s c l o s e s t t oN C T h e s m a l l e r t h ef r a c t a l d i m e n s i o n,t h
13、eb e t t e r t h e f l e x u r a l p e r f o r m a n c eo f t h eb e a m T h e f r a c t a ld i m e n s i o no f t h ec r a c ko nt h eb e a ms u r f a c ec a nb eu s e da sa n i n d i c a t o r t om e a s u r e t h e f l e x u r a l p e r f o r m a n c eo f t h eb e a mU s i n gf r a c t a ld i m e
14、 n s i o nt oa n a l y z et h ef l e x u r a lp e r f o r m a n c eo fs p e c i m e n sc a nb ea ne f f e c t i v e t e c h n i c a lm e a n s f o rs t u d y i n ga n de v a l u a t i n gt h e f l e x u r a l p e r f o r m a n c eo fb e a m s K e yw o r d s:r e c y c l e dc o n c r e t ew i t hw a s
15、 t ef i b e r;s i m p l ys u p p o r t e db e a m;f l e x u r a lp e r f o r m a n c e;f r a c t a l d i m e n s i o n引言利用再生混凝土替代普通混凝土是实现建筑垃圾资源化利用的有效途径之一.由于再生粗骨料本身存在力学性能、耐久性能的缺陷,因此中外学者将纤维掺入再生混凝土中,利用纤维的增强增韧作用改善了再生混凝土的缺陷 .将废弃的丙纶地毯裁剪后得到的纤维掺入再生混凝土中,不仅可以提高再生混凝土的性能,还具有“以废治废、变废为宝”的意义 .混凝土结构构件内部损伤程度决定了其工作性能
16、的优劣.研究发现:钢筋混凝土构件表面裂缝的演化过程和分布形态在一定程度上反映其内部的损伤情况,但在不同荷载作用下梁表面裂缝的演化过程具有很强的随机性,无法通过传统的数理方法进行定量描述.分形几何学(F r a c t a lG e o m e t r y)是一门以不规则且具备自相似特点的几何形态为研究对象的学科 .通过分形理论发现混凝土构件裂缝与裂缝路径具有自相似的分形特征 ,这种方法 已 成 功 地 应 用 于 水 泥 基 材 料.C a r p i n t e r i等 通过分形维数检验纤维增强混凝土的抗断裂性能,栾海洋等 发现梁表面裂缝分布的分形特征可作为碳纤维增强复合材料(C F R
17、P)布增强混凝土受弯构件损伤程度的衡量指标,崔涛等 采用分形理论研究了梁构件的分形维数与跨中位移、延性等参数的关系后发现采用分形维数能够估算梁构件的损伤评定.现有研究表明:通过分形几何理论进行定量分析,将表面裂缝的分形特征与废弃纤维再生混凝土梁的受弯性能之间建立联系是可行的.目前大部分研究中针对裂缝的分形维数能否表征废弃纤维再生混凝土梁的受弯性能却尚不明确.本文针对不同再生骨料取代率和不同废弃纤维体积掺量的混凝土梁进行正截面受弯静力加载试验,研究纯弯段表面裂缝演化规律和分布形态,采用盒计数法 计算了裂缝路径的分形维数,分析了再生骨料取代率、废弃纤维掺量、荷载等级、跨中挠度与分形维数之间的关系,
18、研究结果可为废弃纤维再生混凝土的开裂行为表征提供了科学的方法.试验概况 试验原材料与配合比设计再生粗骨料来自于沈阳建筑大学结构工程实验室,将原始强度为C 、梁柱节点试验后废弃的混凝土试件经人工破碎、筛分、清理后制备而成,天然粗骨料为天然碎石,两种骨料级配良好,物理力学性能详见 表.细 骨 料 为 天 然 中 细 河 砂,含 水 率 为 ,表观密度为 k gm,细度模量为.水泥采用P O 普通硅酸盐水泥,拌合水为实验室自来水.废弃纤维采用废旧丙纶地毯裁剪得到的长度 mm纤维,密度为 gc m,直径大约为 m,断裂强度为 MP a,极限伸长率为 ,废弃纤维的制备过程见图.纵向钢筋和弯剪段架立钢筋采
19、用直径 mm的HR B 热 轧 钢 筋,箍 筋 采 用 直 径 mm的H P B 热轧钢筋.通过试配确定废弃纤维再生混凝土的配合比,见表.表粗骨料的物理力学性能T a b l eP h y s i c a l a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f c o a r s ea g g r e g a t e s参数表观密度/(k gm)粒径/mm吸水率/压碎指标/残余砂浆含量/天然骨料 再生骨料 第期周静海,等:基于分形理论的废弃纤维再生混凝土梁受弯性能研究图废弃纤维制备F i g P r e p a r a t i o no fw a s
20、t e f i b e r s表废弃纤维再生混凝土配合比T a b l eM i x t u r e r a t i oo fw a s t e f i b e r r e c y c l e dc o n c r e t e构件编号水灰比各材料用量/(k gm)水泥砂子天然骨料再生骨料水附加水再生骨料取代率/废弃纤维体积掺量/N C R C R C F R C F R C F R C 试验方案与构件制作本次试验共设计根矩形截面钢筋混凝土梁.构件按照简支梁设计,尺寸为 mm mm mm.为消除支座传递过来的剪力对钢筋混凝土梁受弯段裂缝发展的影响,在梁的腹部不设箍筋和架立筋,纯弯段留取长度为 m
21、m.为防止梁端发生剪切破坏,架立筋和箍筋设在两端的剪弯段.保护层厚度取值为 mm.图为梁的尺寸及配筋.制备废弃纤维再生混凝土梁时,先将水泥、细骨料倒入搅拌机内搅拌m i n,分散地倒入废弃纤维搅拌至均匀,加水继续搅拌至水泥砂浆均匀,最后倒入粗骨料进行搅拌.当混凝土的流动性、黏结性及和易性达到良好状态时,即可倒入模具进行构件的浇注,再用振捣棒逐层振捣密实,待气泡消失后抹平,静置 h后脱模,养护 d,养护环境相对湿度高于,温度为.试验过程与加载方案本次试验按照 混凝土结构试验方法标准 进行静力分级加载,如图所示.进行两次预加载,预加载试验的荷载值经计算后取值为极限加载荷载值 k N左右的.正式加载
22、采用一次性单调分级静力加载方式.正式加载前期,先均匀持续加载至构件出现第一条裂缝,记录数据后再进行分级加载.每级荷载取值为 k N,持续时间为 m i n.从加载到构件破坏荷载的 开始,每级荷载取值改为k N,直至达到构件的最大极限承载力状态.图梁构件尺寸及配筋(单位:mm)F i g D i m e n s i o n sa n dr e i n f o r c e m e n t o fb e a ms p e c i m e n s(u n i t:mm)建筑科学与工程学报 年图构件加载过程F i g L o a d i n gp r o c e s so f c o m p o n e
23、 n t s盒计数法的基本原理本文采用分形理论中的盒计数法对裂缝发展规律进行表征,方法如下:设集合A为Rn空间的任意有界非 空 子 集,对 于 任 意 的 一 个 边 长r,用Nr(A)来表示覆盖集合A所需边长为r的n维立方体(盒子)的最小数目.如果存在一个常数d,使得当r趋近于时,有Nr(A)/rd()那么将d定义为集合A的盒计数维数.当k为惟一正数时,集合具有分形特征,使得l i mrNr(A)/rdk()对方程两边取对数,得到l i mrl n(Nr(A)dl n(r)l n(k)()进一步移项简化,可得dDf l i mrl n(k)l nNr(A)l n(r)l i mrl nNr(
24、A)l n(r)()上述公式中,当r趋近于时,分母l n(r)趋近于无穷大.另外由于r,所以l n(r)为负数,以此d为所期望的正数,通常用大写Df来表示盒维数.盒计数法的具体做法为,用边长为r的正方形网格去覆盖构件侧表面裂缝分布区域,通过改变网格尺寸r来改变网格密度.接着数出含有裂缝的网格数N,然后以l n(r)为横坐标,以l n(N)为纵坐标建立直角坐标系,描出各分布散点,曲线斜率的绝对值即为表面裂缝的分形维数.网格尺寸r只有在裂缝的发展具有自相似性特征时,其分形维数才是准确和有效的.因此,为了保证分形维数的稳定性,对于不规则裂缝路径的分形特征的描述,需要用多个分形维数来描述,即需要选取不
25、同网格尺寸r.最后采用最小二乘法及线性回归法进行拟合,若拟合曲线满足线性关系,则证明构件表面的裂缝分布具有自相似性,可以利用分形理论来研究.裂缝发展规律及分形特征 裂缝发展规律在进行废弃纤维再生混凝土梁受弯承载力试验时,观察试件破坏形态并标记裂缝,使用裂缝观测仪和裂缝尺精确测量裂缝宽度,观察绘制所有梁的裂缝发展、裂缝模式、裂缝宽度、裂缝高度和破坏模式,对记录的各组裂缝发展趋势图进行处理,得到各组梁表面裂缝的效果图及分布形态,如图所示.由图可知:与N C 相比,R C 裂缝的数量明显增加,R C 梁受弯段上部的整个受压区都有不同程度的破坏;当再生骨料取代率达到 时,R C 梁的主裂缝明显变宽变大
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 理论 废弃 纤维 再生 混凝土 梁受弯 性能 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。