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高钛重渣骨料高强混凝土柱抗震性能试验研究.pdf
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1、第 43 卷 第 9 期 2013 年 5 月上 建筑结构 Building Structure Vol 43 No 9 May 2013 高钛重渣骨料高强混凝土柱抗震性能试验研究 * 李小伟 1,2, 陈 伟 2, 李学伟2 ( 1 西南交通大学地下工程系,成都 610031;2 攀枝花学院土木工程学院,攀枝花 617000) 摘要制作了 12 根高钛重渣骨料高强混凝土缩比模型柱, 进行了拟静力试验。试验轴压比分为 0. 3 和 0. 5 两 种; 考虑了矩形配箍、 十字拉筋复合箍和双矩形复合箍 3 种配箍方式, 其体积配箍率分别为 1. 38% , 1. 56% 和 1. 42% ; 主筋
2、的配筋率分为 2. 01% 和 2. 26% 两种; 高钛重渣骨料高强混凝土的强度等级分为 C52. 5 和 C68. 8 两种。 对高钛重渣骨料混凝土的滞回曲线、 骨架曲线、 耗能能力、 延性、 层间位移角、 刚度退化和强度退化进行了分析。研 究表明高钛重渣骨料高强混凝土柱的抗震性能与普通骨料高强混凝土柱基本相当。 关键词抗震性能;高钛重渣;高强混凝土 中图分类号: TU375. 4文献标识码: A 文章编号: 1002- 848X( 2013) 09- 0096- 05 Experimental study on seismic performance of high strength c
3、oncrete columns with high titanium heavy slag as coarse and fine aggregates Li Xiaowei1, 2,Chen Wei2,Li Xuewei2 ( 1 Department of Tunnel and Underground Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 2 Department of Civil Engineering,Panzhihua University,Panzhihua 617000,China) Abst
4、ract: Twelve scale model columns of high strength concrete with high titanium heavy slag as coarse and fine aggregates ( HSC-HTHSCFA)were made and tested under pseudo horizontal force Primary experimental parameters include that: axial load ratios are 0. 3 and 0. 5;volumetric ratios of transverse re
5、inforcement for rectangle,cross tie and double rectangle configuration are 1. 38% ,1. 56% and 1. 41% respectively;longitudinal steel ratios are 2. 01% and 2. 26% ;strength grades of HSC-HTHSCFA model columns are C52. 5 and C68. 8 Lateral force-lateral displacement hysteretic curve and skeleton curve
6、,energy absorption capacity,displacement ductility factor,story drift,stiffness and strength degradation for model columns were studied Test results show that the seismic performances of HSC-HTHSCFA model columns are roughly equal to that of usually used high strength reinforced concrete column Keyw
7、ords: seismic performance;high titanium heavy slag;high strength concrete * 攀枝花市市级应用技术研究与开发资金项目( 2011TX- 14) 。 作者简介: 李小伟,博士,副教授,Email:lilixxxww 126 com。 0引言 攀钢是我国大型钢铁生产企业之一, 排放的炼 钢废渣中 TiO2含量较高( 通常为 20% 29% ) , 称作 高钛重渣。高钛重渣的化学和物理性质与普通钢渣 不同, 普通钢渣在空气中很易水解崩裂为土状物, 具 有潜在水化活性, 可以用作水泥的外掺料; 高钛重渣 的水化活性低, 不适宜作
8、为生产水泥的外掺料 1。 由于高钛重渣的综合利用水平较低, 常年有 5 500 万 t 的高钛重渣堆放于攀钢的弃渣场。目前, 攀钢 环业公司把高钛重渣经过破碎分选, 制成高钛渣碎 石和高钛渣砂, 作为土木工程建设的混凝土集料, 成 为快速消耗高钛废渣的重要途径。20 世纪 80 年代 以来, 攀钢环业公司等单位对高钛重渣混凝土基本 材料性能进行了大量的研究 2- 4, 其主要结论为: 高 钛重渣是非碱活性集料, 用其配制的混凝土不会发 生碱骨料反应; 高钛重渣是结构性质很稳定的石状 物, 攀钢高钛渣在弃渣场长期暴露十几年依然没有 发现水解现象; 高钛重渣满足建筑材料放射性元 素限量 ( GB
9、65662001) A 类产品要求, 满足建筑 用材料放射性要求; 高钛重渣的孔隙率波动范围为 11% 19% ; 高钛重渣的硅酸盐分解几天后就可以 稳定, 无石灰分解、 铁分解和锰分解现象; 高钛重渣 碎石满足建筑用卵石、 碎石 ( GB /T 146852001) 2 3 级碎石力学指标; 高钛重渣砂的压碎指标达到 混凝土用高炉重矿渣碎石技术条件 ( YBJ 205 84) 技术指标 I 类标准; 高钛重渣混凝土的耐久性满 足混凝土结构耐久性设计规范 ( GB /T 50476 2008) 的要求。 用高钛重渣碎石和高钛重渣砂分别替代天然碎 石和砂作为粗细骨料配制的混凝土叫高钛重渣骨料 混
10、凝土。为了扩大高钛重渣骨料混凝土在建筑工程 中的大量使用, 本文根据普通骨料混凝土柱的抗震 性能的研究方法和成果 5, 6, 对 12 根高钛重渣骨料 高强混凝土柱的抗震性能进行了试验研究和理论 分析。 第 43 卷 第 9 期李小伟, 等 高钛重渣骨料高强混凝土柱抗震性能试验研究 1试验概况 如图 1 所示, 设计制作了 12 根高钛重渣骨料高 强混凝 土 柱 ( 缩 尺 比 为 1 4) , 其 横 截 面 尺 寸 为 200mm 200mm, 长度为 1 600mm。在柱子中间设 置加载牛腿, 以方便加载, 从加载牛腿的边缘到柱两 端侧向支撑点之间的净距为 650mm, 在局部受力较 大
11、部位( 柱子两端和加载牛腿) 提高配箍量, 以保证 在试验过程中这些部位完好。 图 1模型柱构造 高钛重渣高强混凝土柱的混凝土强度等级分为 C52. 5,C68. 8 两种, 配合比见表 1。模型柱的箍筋 配制方式分为矩形配箍( A 型) 、 十字拉筋复合箍( B 型) 和双矩形复合箍( C 型) 3 种, 箍筋均采用直径为 6. 5mm 的 HPB235 级 钢 筋;模 型 柱 的 主 筋 为 HRB335 级钢筋。高钛重渣高强混凝土柱的试验参 数见表 2。表 2 中强度等级为 C52. 5,C68. 8 的混 凝土试块的强度平均值分别为 52. 5,68. 8MPa, 为 150mm 立方
12、体试块浇筑后 42d 抗压强度的平均值, 试块与模型柱同条件养护。 每立方米混凝土配合比表 1 强度等级C52. 5C68. 8 水泥 /kg305( 瑞丰 PC32. 5) 345( 瑞丰 PC42. 5) 粉煤灰 /kg120 95 矿渣砂 /kg945 918 矿渣石 /kg942 965 塑化剂 /kg8. 5 10. 6 水 /kg 200200 高钛重渣骨料高强混凝土柱试验在攀枝花学院 土木工程结构实验中心完成, 试验装置如图 2 所示, 试验所用的电液伺服加载系统由美国 shore-western 公司生产, 主位移和水平力由电液伺服加载系统自 动采集, 其他的应变和位移用 TD
13、S- 602 数据采集系 统自动控制数据采集。 根据建筑抗震试验方法规程 7( JGJ 101 96) 和 ATC- 248的建议, 采用位移控制加载。试验 开始前, 首先通过试件顶部的竖向千斤顶以 0. 5 倍 的预加竖向荷载加、 卸载一次, 来消除试验装置的初 始缺陷; 此后, 加载到预定竖向荷载, 持荷 2 3min, 然后通过作动器慢速施加水平往复荷载。试件屈服 前, 在位移达到屈服位移的 1 /4, 1 /2, 3 /4 时, 每次每 级荷载反复 1 次。试件屈服后, 每次位移增量为屈 服位移的 1 倍, 每级位移下往复 3 次, 直至试件 破坏。 高钛重渣骨料高强混凝土柱试验参数表
14、 2 试件 编号 混凝强 度等级 所配 主筋 主筋配 筋率 /% 主筋屈服强度 /( N /mm2) 配箍 形式 试件 轴压比 H1C68. 84162. 01354A 型0. 3 H2C68. 84162. 01354A 型0. 5 H3C68. 88122. 26386B 型0. 3 H4C68. 88122. 26386B 型0. 5 H5C68. 88122. 26386C 型0. 3 H6C68. 88122. 26386C 型0. 5 H7C52. 54162. 01354A 型0. 3 H8C52. 54162. 01354A 型0. 5 H9C52. 58122. 26386B
15、 型0. 3 H10C52. 58122. 26386B 型0. 5 H11C52. 58122. 26386C 型0. 3 H12C52. 58122. 26386C 型0. 5 注:A,B, C 型三种箍筋形式的体积配箍率分别为 1. 38% , 1. 56% , 1. 42% , 屈服强度均为 250N /mm2。 2试验结果 2. 1 试验现象 根据建筑抗震设计规范 ( GB 500112010) , 试验所采用的 3 种配箍方式都是普通配箍, 由于模 型柱的设计主筋配筋率、 箍筋体积配箍率相差不大, 因此主要根据试验轴压比和混凝土强度等级进行试 验现象描述。下文中初裂位移为垂直于柱轴
16、线的水 平裂纹出现时的柱中点水平位移; 通裂位移为正、 反 方向水平裂纹连通时的柱中点水平位移。 图 2试验装置 图 3柱破坏形态 当试件初裂后, 水平位移继续增加时, 加载牛腿 两侧垂直于柱轴线的水平裂纹的宽度、 长度逐渐增 大。当试件通裂后( 基本对应于主筋屈服) , 水平裂 纹的宽度迅速增大, 并向斜对角方向发展, 此时裂纹 已经从受弯水平裂纹发展为弯剪斜裂纹。当模型柱 79 建筑结构2013 年 的主筋屈服后, 塑性铰开始在模型柱中部的加载牛 腿两侧萌生并发展, 压碎区开始在塑性铰区的受压 部位萌生。模型柱主筋屈服后, 继续增加水平位移, 水平作动器力值增加速度明显减慢, 试件进入耗能
17、 阶段。在模型柱达到峰值位移以后, 压碎区扩大很 快, 当压碎区保护层的混凝土剥落后, 模型柱受压区 的主筋压屈, 水平作动器的力值迅速下降, 模型柱达 到破坏状态( 图 3) 。模型柱的裂纹发展如表 3 所 示。当混凝土强度等级为 C68. 8, 轴压比为 0. 3 时, 模型柱的初裂位移为 1. 9 3. 0mm; 轴压比为 0. 5 时 的初裂位移为 1. 8 5. 0mm。当混凝土强度等级为 C52. 5, 轴压比为 0. 3 时, 模型柱的初裂位移为 1. 2 3. 0mm; 轴 压 比 为 0. 5 时 的 初 裂 位 移 为 1. 8 3. 6mm。当混凝土强度等级为 C68.
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