圆钢管再生混凝土中长柱轴压性能退化研究.pdf
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1、2 0 1 5 年 第 4 期 (总 第 3 0 6 期) Nu mb e r 4 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 0 6 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE0RE TI CAL RES EARCH 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 5 0 4 0 1 5 圆钢管再生混凝土中长柱轴压性能退化研究 李 军涛 ,徐金俊 ,陈宗 平 ,经承贵 ( 1 广西交通职业技术学院, 广西 南宁 5 3 0 0 2 3 ; 2 广西大学 土木建筑工程学院, 广西 南宁 5 3 0 0 0
2、4 ; 3 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室, 广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘要: 为了揭示 圆钢管再生混凝土中长柱在轴心荷载作用下的性能退化规律, 以再生粗骨料取代率和长细 比为变化参数, 完 成了 5个试件的轴心受压试验。 在此基础上 , 分析 了其延性指标 、 能量耗散 、 刚度退化的演化过程。 研究结果表明: 再生粗骨料取 代率的增加, 试件的耗能能力随之提高 , 弹性轴压刚度也变大, 且圆钢管再生混凝土试件 的延性系数均 比圆钢管混凝土试件的 大, 承载能力也在取代率为 5 0 时达最大; 当试件的长细比增大后, 耗能能力和弹性轴压刚度均表现为先增后减 的趋势
3、, 延性系 数则保持增长的态势 , 而承载能力有所降低 ; 所得刚度退化的简化计算模型可为工程设计提供参考。 关键词:圆钢管再生混凝土 ; 中长柱 ; 取代率 ; 耗能 ; 延性 ; 刚度 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码: A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 5 7 0 3 P e r f or ma n c e d e gr a d a t i o n o f me di u m l on g o f c i r c u l a r s t e e l t u b e r e c y c l e d a g g r
4、e g a t e c o n c r e t e u n d e r a x i a l c o mp r e s s i o n L I J u n mo , XU i n j u n , C I -I E N Z o n g p i n g , J I NG C h e n g g u i ( 1 Gu a n g x i T r a f f i c Vo c a t i o n a l a n d T e c h n i c a l C o l l e g e , Na n n i n g 5 3 0 0 2 3, C h i n a ; 2 Co l l e g e o f Ci v
5、 i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t ur e, Gu a n g xi Un i v e r s i t y, Na n n i n g 5 3 0 0 0 4, Ch i na; 3 Ke y L a b o r a t o r y o f Di s a s t e r P r e v e n t i o n a n d S t r u c t u r a l S a f e t y o f Mi n i s t r y o f E d u c a ti o n , Gu a n g x i Un i v e r s i t y
6、, Na n n i n g 5 3 0 0 0 4, Ch i n a ) Abs t r ac t: I n o r d e r t o r e v e a l p e r f o r ma n c e d e g r a d a tio n r ul e s o f me d i u m l o n g of c i r c u l a r s t e e l t ub e 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 u n d e r a x i a l c o mp r e s s i o n, fiv e s p e c i
7、me n s we r e t e s t e d wi t h the c ha n gi n g pa r a me t e r s o f r e c y c l e d c o a r s e a gg r e g a t e r e p l a c e me n t r a t i o an d s l e n d e r n es s r a t i o Ba s e d o n a bo v e, the d u c ti l i t y i n d e x, e n e r g y d i s s i p a t i on a n d s ti f f n e s s d e
8、g r a d a t i o n we r e a n a l y z e d Th e r e s u l t s s h o w th a t wi t h t h e r e c y c l e d c oars e a g g r e g a t e r e p l a c e me n t r a ti o i nc r e a s i n g, th e e n e r g y d i s s i pa t i n g c a pa c i t y a n d e l a s t i c c o mp r e s s i o n s t i f f n e s s of s p
9、e c i me n s t e n d t o e n l ar g e Th e d uc t i l i t y f a c t o r o f c i r c u l ar s t e e l t u b e 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 i s l ar g e r t h a n tha t o f c i r c u l a r s t e e l t u b e c o r c r e t e, a n d t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f s p e c i m
10、e n u n de r t h e r e p l a c e me n t r a t i o 5 0i s the b i g g e s t W i th the s l e n d e r n e s s r a tio i n c r e a s i ng, t h e e ne r g yd i s s ipa t i ng c a p a c i t y a n d e l a s t i c c o mp r e s s i o n s ti f f n e s s o f s p e c i me n s t e n d t o e n l arg e a n d the
11、n d e g e n e r a t e, a n d the du c til i t y f a c t o r k e e p s i n c r e a s i n g, h o we v e r , the b e a r i n g c a p a c i t y i s r e d u c e d Th e s t i f f n e s s d e g r a da tio n o f s i mp l i fi e d c a l c ul a ti o n mo de l c a n p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r e n
12、g i n e e r i n g d e s i g n Ke y wor ds: c i r c u l ar s t e e l tub e 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; me d i u m l o n g c o l u mn; r e p l a c e me nt r a t i o; e n e r g y d i s s i p a tio n; d u c t i l i t y; s t i f f n e s s 0 引言 再生混凝土技术作 为土木工程领域 节能减排 的重要 组成部分 , 不仅 可
13、以减 轻废弃 建筑 垃圾 对环境 的污染 问 题 , 而且能节约部分 自然资源 , 进行二次或多次利用 。 相 比于天然混凝土, 现有研究结果表明再生混凝土存 在部分 物理力学等方面的缺陷 , 而钢管再生混凝土因其外 包钢管 的约束作用使得其 内再生混 凝土的性能得 到一定程度 的 改善 , 从而有利于扩大再生混凝 土结 构的推广应 用。 已有 学者通过试验和理论分析得 到在再生混凝 土与钢管界 面 间的黏结滑移性能 - 4 3 、 构件的轴压性能 以及受剪承 载性能 等方 面 的成果 , 他们均认 为钢 管再生混 凝土 与 钢管混凝土的最大 区别在于其再生与 天然粗骨料 的配合 比问题 ,
14、即再生粗骨料取代率的变化是导致再生混凝土各 项性能发生改变 的内在原因。 为 了揭示 圆钢管再生混凝土 轴压 中长柱力学性能的退化规律 , 本研究通过改变再生粗 骨料取代率和试件长细比, 研究在上述影 响因素下的性能 演化机理 。 1 试验 简介 1 1 试件设计及试验材料 本研究设计 了 5 个钢管再生混凝土 中长柱试件 , 考虑 了再生粗骨料取代率和长细 比为变化参数 , 其 中再生粗骨 料取 代率 按 照 0 、 5 0 和 1 0 0 分为 三类 , 试 件 长细 比有 收稿 日期 : 2 0 1 4 -0 9 1 1 基金 项 目 : 国家 自然科学基金项 目( 5 0 9 0 8
15、0 5 7 , 5 1 2 6 8 0 0 4 ) ; 广西 自然科 学基金项 目( 2 0 1 2 G XN S F A A 0 5 3 2 0 3 , 2 0 1 3 G X N S F D A 0 1 9 0 2 5 ) ; 广西科技攻关 项 目( 桂科攻 1 2 1 1 8 0 2 33 ) ; 广西理工科学实验 中心重点项 目( L G Z X 2 0 1 1 0 2 ) 5 7 3 1 3 0 、 3 8 2 6和 5 2 1 7 。 再生粗 骨料来 自服役 5 O年后 的废 旧混凝 土 电杆 , 经 过破 碎而 得 , 再 生粗 骨料 和天然 粗骨 料采用 同一 筛 网筛分 ,
16、最 大粒 径 均为 3 0 mm。 试验 所用 圆钢管外径 D为 1 1 3 5 fi l m, 壁厚 t 为 3 0 mm, 按标准方 法实测得到钢 管 的屈服 强度 为 3 4 5 9 MP a , 极 限强 度为 4 5 5 6 MP a 。 所有试件的设计参数见表 1 。 表 1 试件设计参数 1 2 加栽及加载制度 试验采用千吨压力机进行加载。 为捕捉荷载 一 位移 曲 线的下降段 , 采用荷载 一 位移混合控制 的加 载制度 , 即在 荷载达到 0 9 5 P ( P 为估算极 限荷 载) 前 , 采用荷 载控制 , 每级加载值取 P 2 0 ; 之后 , 转为位移控制 , 控制位
17、移步长 为 1 mm, 直至试件 的承载力下降至 7 0 P 试验结束。 2试验 结果 及 性 能指 标 2 1 轴 向荷载 一位移 曲线 通过试 验设 备采 集 获取 各试 件 轴 向荷 载 ( J )一位 移 ( ) 曲线如图 1 所示 。 由图 1 ( a ) 可见 , 在试件长细 比为 一 致的条件下 ( A= 3 8 2 6 ) , 再生 粗骨 料取 代率 为 0 和 5 0 的曲线弹性段相互重合 , 而取代率为 1 0 0 的试件 曲线 弹性段则较为陡峭 ; 在 峰值 点处 , 试 件 C一 4的峰值荷 载 最大 , 其次为试件 C一1 0 , 最小 为试件 C一1 ; 曲线进入下
18、 降段后 , 试件 C一1 0的降幅最为平缓 , 而试件 C一1在相 对较大的跳跃后迅速下降。 又由图 1 ( b ) 可见 , 在试件再生 5 8 1 20 0 1 0 0 0 80 0 堇 6 o o 4O0 2 0 0 O 5 10 1 5 2 0 25 3O mm f a 1 = 3 8 2 6 r _C一 7 f = 3 1 3 0 1 +C一 1 0 ( = 3 8 2 6 ) +C一 1 3 ( A= 5 2 1 7 ) O 5 l 0 1 5 2 0 2 5 3 O A mm ( b ) = 1 0 0 图 1 试件轴向荷载 一 位移 曲线 粗骨料取代率均为 1 0 0 时 ,
19、 随着试件长细比的提高 , 其极 限荷载趋于降低, 试件C一 7 的峰值荷载是试件c l 0 的 1 1 1 倍 , 是试件 C一1 3的 1 1 3倍 , 由此可知 , 长细 比越小则 有利于圆钢管再生混凝土柱构件承载能力的提高。 2 2 耗能能力 耗能能力反映了轴压柱构件本 身吸能和耗能相互 间 的内在关系 , 具有全局变量的意义。 圆钢管再生混凝 土中 长柱的轴压耗能因子定义如式 ( 1 ) : = S O A C A ( 1 ) 式 中: 卵 轴压耗能因子 ; S O A C A 轴向荷载 一位移 曲线与水 平轴及 过终止 点平行于竖向坐标轴所包 围的面积 , 如图 2 所示的阴影部分
20、面积 ; u 峰值荷载 ; 试验结束时的位移值 。 v u o 图 2耗 能计算模 型 表 2 所示试件 的耗能 因子在不 同影 响因素下 的数值 分布情况 , 由表 2可知 : ( 1 ) 当试件长细 比为 3 8 2 6时 , 随着再 生粗骨料取代 率的增加 , 圆钢管再生混凝土轴压中长柱 的耗能能力具有 稳步提高的趋势, 在取代率增加的同时也增大了再生粗骨 料中的附加水泥基体, 而研究表明该部分水泥石的强度不 及天然骨料强度 , 如此便 导致在轴向压力下附加的水泥基 体会被压酥 , 因而骨料 间会产 生摩擦效应 , 从 而增加 内能 的消耗 。 ( 2 ) 在试件再生粗骨料取代率控制为
21、1 0 0 时 , 随着长 细 比的增加 , 圆钢管 再生混凝 土 中长柱 的轴 压耗 能具有 先增大后减 小 的趋势 。 通 过 比较 发现 , 相 比于 c一1 3而 言 , C一 7和 cl 0两试件 的长细 比较 为接近且较 小。 可 见 , 当长细 比在 3 0 4 0左右时 , 一定范围内提高长 细比能 增加圆钢管再生 混凝土试件 的耗 能能力 , 但 长 细 比过大 后 , 由于二阶效应的发展 , 会削弱其能量耗散。 表 2试件的性能指标 2 3延 性 系数 构件的静力延性 系数 可反映其变形能力 , 参照 建筑 0 0 0 0 O 0 加 加 蚕 z 抗震试验方法规程 定义结构
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