无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁力学性能.pdf
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1、第 3 3卷 第 1期 2 0 1 6年 1月 建筑科学与 J o u r n a 1 O f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo l _ 3 3 NO 1 J a n 2 0 1 6 文章编号 : 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 3 0 0 8 无粘结预应 力再 生粗 骨料 混凝 土梁 力学性 能 程 东辉 , 俞永 ( 东北林业大学 土木工程学院 志 , 董 志鹏 ,黑 龙江 哈尔滨 1 5 O O 4 O ) 摘要 : 设计制作 了 5 根 不同
2、粗骨料替换率的无粘结预应力再生粗骨料混凝土试验梁 , 并采用两点加 载对其进行正截 面受弯性能试验 , 研究了无粘结预应力再 生粗骨料混凝土的梁破坏形态、 承载 力、 裂缝宽度及跨 中挠度等 力学性 能。基于试验数据建立 了与 混凝土结构设计规 范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0 ) 相协调的无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁预应力钢筋应 力增量计算公式, 提 出了无粘结预 应力再生粗骨料混凝土梁的最大裂缝 宽度及刚度的设计建议。结果表 明: 再 生粗骨料替换率对无 粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的破坏形态、 裂缝宽度 、 跨 中挠度影响不大; 达到承载力极 限状态 时无粘结预应力再
3、生粗骨料混凝土梁的无粘结预应力钢筋应力增量比无粘结预应力混凝土梁的无 粘结预应力钢筋应力增量大, 但再生粗骨料替换率对应力增量的影响不显著。 关键词: 再生粗骨料混凝土 ; 替换率; 力学性能; 极限承载力; 预应力钢筋 中 图分 类 号 : TU3 7 8 文献 标 志码 : A M e c ha ni c a l Pr o pe r t i e s o f Unb o nd e d Pr e s t r e s s e d Re c y c l e d Co a r s e Ag g r e g a t e Co nc r e t e Be a m CH ENG Don g hu i 。Y
4、U Yo ng z hi 。DONG Zh i p e n g ( S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g,No r t h e a s t Fo r e s t r y Un i v e r s i t y ,Ha r b i n 1 5 0 0 4 0 ,He i l o n g j i a n g,Ch i n a ) Ab s t r a c t : Fi ve t e s t b e a m s of u nbo nd e d pr e s t r e s s e d r e c y c l e d c o a r s e a g
5、gr e ga t e c o n c r e t e wi t h d i f f e r e n t r e pl a c e me nt r a t e s we r e de s i g ne d a nd ma de The n f l e x ur a l pe r f o r m a n c e t e s t s o f n or ma l s e c t i o n we r e c o mp l e t e d t h r o u g h t wo p o i n t l o a d Th e me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ,
6、s u c h a s f a i l u r e mo d e , b e a r i n g c a p a c i t y,c r a c k wi dt h a nd m i d d e f l e c t i o n a nd S O o n,we r e s t ud i e d Co or d i na t e d wi t h Co de f o r De s i g n o f C o n c r e t e S t r u c t u r e s ( GB 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0 ) , t h e c a l c u l a t i o n f o r m
7、u l a s o f s t r e s s i nc r e m e nt of p r e s t r e s s e d b a r f or unb o nde d pr e s t r e s s e d r e c y c l e d c o a r s e a gg r e g a t e c on c r e t e be a m we r e b u i l d b a s e d o n t e s t d a t a M e a n wh i l e ,t h e s u g g e s t i o n s o f ma x i mu m c r a c k wi d
8、t h a n d s t i f f n e s s f o r unb o nde d pr e s t r e s s e d r e c y c l e d c o a r s e a g gr e ga t e c on c r e t e be a m we r e put f or wa r d Th e r e s ul t s s ho w t ha t t he r e pl a c e m e n t r a t e of r e c yc l e d c o a r s e a g gr e g a t e h a s no n s i g ni f i c a nt
9、i nf l ue nc e o n f a i l ur e mo de,c r a c k wi d t h a n d mi d s pa n de f l e c t i o nCo m p a r e d wi t h unb o nd e d pr e s t r e s s e d c on c r e t e b e a m ,t h e s t r e s s i n c r e me n t o f u n b o n d e d p r e s t r e s s e d b a r f o r u n b o n d e d p r e s t r e s s e d
10、r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g a t e b e a m i s l a r g e r ,b u t r e p l a c e me n t r a t e 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 h a s n o n s i g n i f i c a n t i n f l u e n c e o n s t r e s s i n c r e me n t o f u n b o n d e d p r e s t r e s s e d b a r Ke y wo r d
11、 s:r e c y c l e d c o a r s e a g gr e g a t e c on c r e t e;r e pl a c e me nt r a t e;me c ha ni c a l pr op e r t y;ul t i m a t e be a r i ng c a p a c i t y;pr e s t r e s s e d ba r 收稿 日期 : 2 0 1 5 - 0 6 2 1 基金项 目: 国家 自然科 学基金 重大研究 计划项 目( 9 0 9 1 5 0 0 3 ) ; 哈尔滨 市科技创新人才研究专项资金项 目( 2 0 1 2 R F
12、XX S 1 1 1 ) 作者简介 : 程东辉( 1 9 7 1 一 ) , 男, 黑龙江 哈尔滨人 , 教授 , 工学博士 , E ma i l : c h e n g d o n g h u i 2 0 0 0 1 2 6 c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 程 东辉, 等: 无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁力学性能 3 3 挠度随荷载变化呈线性增加 ; 当荷载增加至受拉 区 混凝土开裂时, 荷载一 挠度 曲线发
13、生第 1个转折 , 此 后随着荷载增加 , 试验梁跨 中挠度的增长有所加快 ; 当普通纵向受拉钢筋屈服时, 试验梁荷载一 挠度曲线 发生第 2 个转折 , 随后在荷 载增加不大的情况下试 验梁变 形增 加迅 速 , 直 至破 坏 。 3试验结果分析 3 1 平截 面假 定 图 6给出 了不 同荷 载 P下 5根 试 验 梁 跨 中截 面混凝土沿梁高方向应变变化曲线。由图 6可以看 出, 各试验梁混凝土应变沿梁高方 向基本符合平截 面假定 。 3 2 无粘 结预 应力钢 筋应 力增 量分 析 图 7给出了试验梁无粘结预应力钢筋应力增量 随着荷载增加的应力变化情况。由图 7可以看出: 5 根试验梁
14、的无粘结预应力钢筋应力增量曲线呈现三 折线 , 曲线转折点分别为受拉 区混凝土开裂和普通 纵向受拉钢筋屈服 。在受拉 区混凝 土开裂后 , 无粘 结预应力钢筋应力增速有所提高, 当普通纵 向受力 钢筋屈服后 , 施加的荷载主要 由预应力钢筋承担 , 因 此无粘结预应力 钢筋在这一阶段 的应力增 速明显 加 大 。 3 3 裂 缝分布 特点 图 8为 5根试验梁一侧裂缝分布及发展变化实 测图, 其 中的数字为在该高度时的荷载等级。从图 8可以看 出: 无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁的 裂缝分布主要集 中在加载点 区间, 裂缝 间距 比较均 匀, 破坏时受压区混凝土存有一定高度 , 有明显的破 坏
15、征兆 , 同时再生粗骨料的替换率对裂缝分布形态 无 明显 影 响 。 4 无粘结预应 力再 生混凝土梁 的设计 方法 4 1 正截 面承 载力 承载力极限状态下无粘结预应力钢筋应力增量 的确定是计算试验梁承载力的关键 。公式 ( I ) , ( 2 ) 是 混 凝 土 结 构设 计 规 范 ( G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0 , 以下 简称 规范 ) 第 1 0 1 4条中给出的无粘结预应力钢 筋应力增量的计算公式 , 即 厶 A a 一 ( 2 4 0 3 5 0 岛) ( 0 4 5 + 5 5 ) ( 1 ) 岛 一 ( 2 ) 目 吕 堰 恒 辍 目 目 惶 旧 吕 吕
16、 恒 喧 锰 应 变 1 0 ( a ) UP RCB- 0 应 变 1 0 ( b ) UP R C B - 3 0 : 、 。 _ 、 、 , 应 变 1 0 ( d ) UP RCB 7 0 应 变 1 0 ( e ) UP RCB- 1 0 0 图 6 试验 梁混凝土应变分布 Fi g 6 Co n c r e t e S t r ai n Di s t r i b ut i o ns o f Te s t Be a ms 式中: 为无粘结预应力钢筋应力增量 ; 岛为综合 配筋指标 , 不宜大于 0 4 ; 为试验梁截面高度 ; l 。 为 试验梁计算跨度 ; A 为受拉区纵向非预应力
17、钢筋截 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 建筑科 学与工程学报 2 0 1 6年 图 7 试验梁荷 载一 预应 力钢筋应 力增量 曲线 Fi g 7 Lo a d- s t r e s s I nc r e me nt Cur v e s o f Pr e s t r e s s e d Ba r o f Te s t Be a ms ( b ) U P R C B - 3 0 南 ( d ) U P RC B- 7 0 南 图 8试 验 梁 裂 缝 分 布 【 单 位 : k N) F i g 8 C r a c k D i s t r i b u t
18、i o n s o f T e s t B e a ms( U n i t : k N) 面面积 ; b为试验梁截面宽度 ; A。为无 粘结预应力 钢筋的截面面积 ; h 。 为无粘结预应力钢筋合力点到 截 面受 压边 缘 的距 离 。 以公式 ( 1 ) , ( 2 ) 计算 的无粘结预应力钢筋应力 增量的计算值及试验过程 中应力增量的实测值见表 5 。 由表 5可 以看 出 : 无粘 结 预应力 再 生混凝 土 梁在 极限状态下的预应力钢筋应力增量 比普通混凝土梁 中预应力钢筋应力增量提高较 多, 这是 由于再生骨 料 中的缝隙较天然骨料多 , 从而在极限状态下无粘 结预应力再生混凝土梁的
19、变形 略大 , 导致无粘结预 应力钢筋应力增量也相应增大。 考虑到与普通混凝土梁的差别仅为混凝土材料 的不同, 其他影响条件均相 同, 因此 , 对 4根无粘结 预应力再生混凝土梁在承载力极限状态下的钢筋应 力 增量进行拟合 , 建立 了元粘结预应力钢筋应力增 表 5 应 力增量计算值与实测值 Ta b 5 Ca l c ul a t i on a nd Me a s u r e d Val u e s o f S t r e s s I nc r e me nt s 应力增量实测值 应力增量计算值 试验梁编号 ( ; ) MP a A a MP a UPRC O 2 21 2 1 4 5 9
20、 1 52 U P RC 3 O 3 3 8 3 1 4 6 9 2 3 0 UPRC 5 0 2 3 9 1 1 45 6 1 6 4 UPRCI 7 0 2 9 1 4 1 4 5 0 2 01 UPRC 1 O O 3 0 5 2 1 4 4 7 2 1 1 量计算公式 , 即 厶 Aa p 一 叩 ( 2 4 0 3 5 o 岛) ( 0 4 5 + 5 5 ) ( 3 ) 0 式中: r 为无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁 预应 力筋极限应力增量增大系数 , 取 刁 一1 6 4 。 利用 规范 提 出的无粘结预应力混凝土梁承载 力计算方法并结合公式 ( 3 ) , 对 5根试验梁承载
21、力进 行计算并与实测值进行对比, 其校核结果见表 6 。 表 6 试验梁正截面受弯承载力校核结果 Ta b 6 Ch e c k i n g Re s ul t s of No r mal S e c t i o n Fl e x ur a l Be a r i ng Ca p ac i t i e s f o r Te s t Be a ms 试验梁 编号 M ( k Nm) M ( k N m) M M5 UPRC 0 7 5 8 9 7 4 7 5 1 O 2 UPRCB 3 0 7 8 4 0 7 4 7 5 1 O 5 UPRCB 5 0 7 8 2 8 7 8 0 0 1 0 0
22、UPRC 7 0 7 8 2 9 7 4 7 5 1 0 5 UPRCB _ 1 0 0 7 8 4 6 7 8 0 O 1 0 1 注 : M , M t 分别 为 试验 梁极 限 弯矩 的计 算 值 与 实 测 值 。 4 2最 大 裂缝 宽度 对 4根无 粘 结 预 应 力 再 生 混 凝 土 试 验 梁 的 5 4 条裂缝 间距进行统计分析 , 并利用公式 ( 4 ) ( 6 ) 进 行计算验证 , 其结果如表 7 所示。 z 一 1 9 C 4 :- O 0 8 ( 4 ) l D t e do q一 d 10 一 z x s ( 6) t e 式 中 : Z 为裂缝 间距 ; c为
23、最 外 层 纵 向受拉 非 预应 力 钢筋外边缘到混凝土受拉区边缘 的距离 ; d 。 为受拉 区纵向非预应力钢筋等效直径 ; 为受拉区第 i 种 纵向非预应力钢筋根数 ; d 为受拉 区第 i 种纵 向非 预应力钢筋公称直径 为受拉区第 i 种纵 向受拉 非预应力钢筋相对粘结特性系数 , 取 u 一1 0 ; 10 为 按有效受拉混凝土截面面积计算 的纵 向受拉非预应 力钢筋配筋率 , 当p 0 0 1 时 , 取l0 一0 0 1 ; A 。 为 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 程 东辉 , 等: 无粘结预应力再生粗骨料混凝土梁力学性能 3 5
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